Некоммерческое акционерное общество

АЛМАТИНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭНЕРГЕТИКИ И СВЯЗИ

Кафедра Телекоммуникационных систем

 

 

управление и сигнализация в сетях телекоммуникаций

 

Конспект лекций

для магистрантов специальности

6M071900 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации

 

 

Алматы 2011

СОСТАВИТЕЛИ: Е.А. Шкрыгунова. Управление и сигнализация в сетях телекоммуникаций. Конспект лекций для магистрантов специальности 6М071900 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации. - Алматы: АУЭС, 2011.- 63 с.

 

Изложены конспекты шестнадцати лекций по дисциплине "Управление и сигнализация в сетях телекоммуникаций". В них представлены общие понятия управления и сигнализации в сетях телекоммуникаций.

Ил. 23, табл.2, библиогр. - 10 назв.

 

Рецензент: канд. техн. наук, проф. Г.С. Казиева

 

Печатается по плану издания некоммерческого акционерного общества "Алматинский университет энергетики и связи" на 2011 г.


©НАО "Алматинский университет энергетики и связи", 2011 г.

Введение

 

Целью преподавания дисциплины является изучение основ управления сетями и основных принципов сигнализации, используемых на сетях нового поколения.

Дисциплина рассматривает принципы построения и функционирования систем гибкой коммутации, протоколы работы систем гибкой коммутации.

Изучив основные принципы построения и функционирования систем гибкой коммутации, магистрант сможет рассчитывать, анализировать и разрабатывать сети, с учетом всех особенностей их построения и функционирования.

Целью преподавания дисциплины является подготовка магистрантов, владеющих основными принципами построения и функционирования, необходимых для решения задач телекоммуникационных сетей связи и их квалифицированной эксплуатации.

Задачами преподавания дисциплины являются овладение магистрантами принципами управления, построения и функционирования, особенностей их работы и взаимодействия с другими элементами сетей NGN.

Учебным планом для данной дисциплины отводится 3 кредита, всего -180 часов, из них для аудиторных занятий - 48, для самостоятельной работы – 135 час.

 

1 Лекция. Основные задачи системы управления связью. Стандарты, протоколы и интерфейсы управления сетями связи

 

Цель лекции: основные понятия управлением телекоммуникационными сетями.

Содержание:

-           Общие положения сети управления;

-           Основные принципы TMN.

 

Общие положения

Сеть управления телекоммуникациями (TMN — Telecommunications Management Network) определяется системой стандартов на эту сеть . Термин "управление сетью" в начале 1980-х годов означал поддержание правильного функционирования и техническое обслуживание телекоммуникационных сетей [1, 2, 4].

Поддержание правильного функционирования — это обеспечение выполнения основных задач, поставленных перед сетью, в нормальных условиях и в ситуациях, когда меняются характеристики сети, — например, когда увеличивается поступающая пользовательская нагрузка (трафик).

Техническое обслуживание подразумевает работу по восстановлению работоспособности или характеристик сети, когда нарушается работа элементов, входящих в саму сеть (отказы оборудования или программы).

При этом применяется комплекс мер, включающий оперативную диагностику для выявления места повреждения и проведение работ по устранению неисправностей.

Однако существенное развитие этих функций в последние годы привело к расширению области использования термина "управление сетью".

Исторически создание концепции телекоммуникационной сети управления телекоммуникациями (TMN) обусловлено тем, что развитие и расширение сетей катастрофически увеличивало затраты на их обслуживание. Единственный путь уменьшения таких затрат — централизация технического обслуживания. Однако это оказалось трудной задачей. Все выгоды от централизации сводились "к нулю" по следующим причинам.

1)      Неоднородность сетей электросвязи. Все разделы и лекции этого курса показывают, насколько разнообразны используемые средства приема, передачи, коммутации и обработки информации. Так же  отличаются между собой различные системы сигнализации, принципы построения и реализации станций. Например, коммутационные станции стационарной сети отличаются по перечисленным выше свойствам от станций мобильной связи.

Поэтому система управления сетью должна быть адаптируема к различным техническим средствам и технологиям приема, передачи и коммутации.

2)      Разнообразие применяемого оборудования и услуг. На сетях связи в настоящее время работают многие компании, поставляющие оборудование, и другие компании, обеспечивающие различные услуги связи. Они отличаются по поставляемому фирмой оборудованию и по предоставляемым видам услуг. Например, оборудование фирмы Siemens отличается от оборудования фирмы Alcatel.

Отличаются между собой предоставляемые компаниями услуги междугородней и подвижной сетей, услуги передачи данных, широкополосного телевидения и пр. Единственный путь уменьшения затрат оператора и поставщика на адаптацию оборудования — стандарты, типовые интерфейсы и рекомендации по функционированию.

Поэтому система управления сетью должна быть приспособлена к работе в сети, содержащей разнородное оборудование и предоставляющей различающиеся услуги.

3)      Важность последствий отказа сети связи. Средства передачи и обработки информации всегда были "нервными артериями" государства, корпораций, обороны и быта. Поэтому очень важно обеспечить надежность сети, устойчивость к отказам, гибкое и оперативное управление ресурсами сети.

4)      Интернациональность сетей связи. В настоящее время потоки информации все больше становятся интернациональными.

Поэтому система технического обслуживания должна быть стандартной в международных масштабах.

Основные положения системы TMN разрабатывались многими организациями, но главные правила и основные положения, используемые в сетях, являются рекомендациями следующих организаций: Международная организация стандартов (ISO — International Standards Organization, ИСО), Сектор стандартизации электросвязи Международного союза электросвязи (ITU — International Telecommunications Union — Telecommunication Standardization), Американский национальный институт стандартов (ANSI — American National Standards Institute), ETSI (European Telecommunication Standards Institute — Европейский институт стандартов электросвязи).

 

Основные принципы TMN

Концепция TMN охватывает сетевые элементы (NE) — компьютеры, базы данных, терминалы, сети связи и системы по поддержанию функционирования (OSS). Она связывает их в структуру, архитектуру, организация которой обеспечивает взаимосвязь различных типов сетевых элементов и систем поддержки функционирования сети. TMN также описывает стандартизированные интерфейсы и протоколы, используемые для обмена информацией между ними, а также функциональные возможности, необходимые для управления сетью[1, 2, 4].

Объектами управления в модели TMN служат:

Сетевой элемент — NE (Network Element) и Система поддержки функционирования — OSS (Operations Support Systems).

Сетевой элемент — аппаратурная единица оборудования сети, управляемая в TMN. Это могут быть и простые, и очень сложные, и "интеллектуально продвинутые" сетевые элементы, как, например, станции с программным управлением, с собственной системой поддержки функционирования и технического обслуживания. Они обеспечивают непрерывное наблюдение за своей работой, инициируют аппаратную и программную автоматические обработки сигнала аварии и содержат избыточное оборудование, например, в форме дублирования важных функциональных частей. Когда возникает отказ, автоматически включается диагностика, которая может определить характер ошибки, блокировать дефектный модуль и связанное с ним оборудование.

Как противоположность сетевому элементу "станция" мы можем привести другой NE — "регенератор", который является наименьшей единицей в сети цифровой передачи сигналов. Число регенераторов на сети огромно, но они не содержат большого числа элементов и подсистем обслуживания. Эти простые модули могут вызвать серьезную аварию в случае ошибки.

Эти два примера сетевых элементов представляют два полюса — наиболее управляемые объекты (телефонная станция) и наименее управляемые (регенератор). Диапазон между ними включает много других типов сетевых элементов.

Второй тип объектов управления TMN — OSS (системы поддержки функционирования).

Этот термин определяет процедуры (не только автоматизированные, но и, возможно, выполняемые вручную), которые направлены на подержание функционирования сети. Это могут быть системы:

-    обмена с имеющимся оборудованием управления NE;

-    установления порядка обработки аварийных сообщений;

-    инициирования процедур в NE;

-    диспетчерования и ведения очередей на обработку;

-    введения финансовых расчетов и других процедур. 

 

2 Лекция. Общая характеристика стандартов МСЭ-Т. Блок рекомендаций МСЭ-Т по управлению сетями электросвязи содержат рекомендации серий M.Q.X,G,I.

 

Цель лекции: стандартов МСЭ-Т. Принцип построения сети TMN.

Содержание:

-          общая характеристика стандартов МСЭ-Т;

-          модели управления сетями связи;

 

Общая характеристика стандартов МСЭ-Т

Блок рекомендаций МСЭ-Т по управлению сетями электросвязи содержат

рекомендации серий M.Q.X,G,I и охватывает принципы организации TMN. При

этом определены [1, 2, 4]:

-      концепция TMN;

-      функциональная архитектура TMN;

-      информационная архитектура;

-      физическая архитектура TMN;

-      характеристики внутренних и внешних интерфейсов,

-      протоколы взаимодействия.

Полный перечень рекомендаций по TMN с краткими аннотациями, разбиением по тематическим областям и указанием смысловой взаимосвязи между рекомендациями приведен в рекомендации М.3000. В рекомендации M.3000 подробно излагаются принципы организации Сети Управления Электросвязью (TMN) и концепция TMN, определяются области действия TMN, даются функциональная и информационная архитектуры, приводятся примеры физической архитектуры и предлагается функциональная эталонная модель операционных систем TMN.

Рекомендация M.60 содержит основные термины и определения сетей управления связью.

Рекомендация М.3020 представляет методологию описания функциональных характеристик и характеристик интерфейсов сети TMN (протоколов для интерфейсов)

Рекомендация М.3100 предлагает информационную модель, предназначенную для описания классов управляемых объектов и их родовых свойств.

Рекомендация М.3200 содержит общее описание использования TMN в различных телекоммуникационных сетях.

Рекомендация М.3300 определяет возможности управления сети TMN, которые должны контролироваться с помощью отображений и могут быть прочитаны человеком.

Рекомендация М.3400 определяет функции управления между прикладными процессами управления и управляемыми ресурсами телекоммуникаций. Определена структура "агент - менеджер"

Рекомендации Q.81,. Q.812 определяют профиль протоколов интерфейса Q3, который является основным в сетях TMN.

Рекомендации серии G.xxx посвящены управлению транспортными сетями и частично сетями доступа

Рекомендации серии I.xxx определяют решения по управлению узкополосными и широкополосными сетями с интеграцией служб.

Рекомендации серии Q.xxx помимо определения параметров интерфейса Оз содержат разработку системы управления для общеканальной системы сигнализации 7.

Модели управления сетями связи (функциональная, информационная, физическая)

Модели управления сетями связи являются составными частями общей архитектуры TMN и используются при планировании и проектировании для всех сетей и служб электросвязи.

Функциональная модель сети TMN базируется на ряде блоков функций сети TMN [1, 2, 4].

Между функциональными блоками используются функции передачи данных. Каждая пара блоков, обменивающихся информацией управления, разделена опорными точками.

Функциональные блоки модели TMN основаны на операционных системах ряда устройств сети управления: сетевого элемента (Network Element Function, NEF); серверов сети управления (Operations System Function, OSF); рабочей станции управления (Work Station Function, WSF): промежуточного устройства сопряжения или медиатора (Mediation Function, MF): Q -адаптера (Q-Adapter Function, QAF):

В функциональной модели OSF обеспечивается выполнение функций TMN по обработке, хранению и поиску управляющей информации.

 

Рисунок 2.1 - Функциональная модель TMN

 

Функциональный блок NEF является моделью произвольного сетевого элемента, который подлежит управлению. OSF и NEF образуют ядро сети управления. Блок WSF обеспечивает интерфейс между всей системой управления и оператором управления (человеком). Промежуточный блок MF обрабатывает информацию, проходящую между NEF и OSF.. Адаптер OAF обеспечивает взаимодействие сетевых элементов или операционных систем, которые ранее не были приспособлены к сети TMN

Опорные точки (x, q, f) определяют границы услуг TMN между двумя блоками функций управления. Назначением опорных точек является идентификация информации, проходящей между блоками функций. В рекомендации М.ЗОЮ определены три класса опорных точек сети TMN :

-         q - класс между функциями OSF.QAF.MF и NEF:

-         f - класс для присоединения функций WSF;

-         х - класс между функциями OSF двух сетей TMN или между OSF одной сети TMN и аналогичной функциональностью типа функций OSF другой сети.

Кроме того, имеются два других класса опорных точек на сети TMN. которые уместны для рассмотрения:

-         g - класс между функцией WSF и оператором;

-         m - класс между функцией OAF и управляемыми объектами, не относящимися к сети TMN.

 

Информационная модель

Информационная модель описывает:

-    функции, которые управляются и контролируются в сетевом элементе.

-    правила создания управляемых объектов, которые определяются с помощью алгоритма функционирования и файлов для регистрации событий.

В информационной модели определяются также взаимоотношения между управляемыми объектами. Эти отношения представляются в виде дерева, которое называется информационным деревом (MIT — ManagementInformation Tree).

На рисунке 2.2 показана связь между сетевым элементом (Телефонная

Связь между сетевым элементом и системами поддержки функционирования: а) функциональная схема; б) информационное дерево (Телефонная сеть общего пользования)

а) функциональная схема; б) информационное дерево (Телефонная сеть общего пользования).


Рисунок 2.2 - Связь между сетевым элементом и системами поддержки функционирования

сеть общего пользования) и системами поддержки функционирования.  Операторы с помощью рабочих станций могут управлять процедурами, заложенными в OSS, которые, в свою очередь, управляют сетевыми элементами NE. Программы, включенные в OSS, имеют одну управляющую программу (программу-менеджер). Она взаимодействует с программой сетевого элемента, которая обеспечивает сопряжение сетевого элемента с процедурами поддержки функционирования (OSS) рабочих станций  — дружественный интерфейс с оператором. Эта программа называется агент (программа-посредник).

Агент — это часть программ распределенного процесса, которая непосредственно управляет соответствующими объектами. Она "несет ответственность" за выполнение команд, направляемых ему менеджером, и за информирование менеджера о поведении подведомственных объектов с помощью уведомлений.

Эти программы содержат необходимые базы данных TMN. При обмене они используют сообщения типа "событие", запускающее процесс на одной из сторон, и ответные отклики "операции". Передача таких сигналов (но не обработка) не зависит от их содержания, что характерно для так называемых объектно-ориентированных процессов.

В качестве протокола для передачи управляющих сообщений используются обычные протоколы системы передачи данных, работа которых не опирается на конкретные атрибуты данных: протокол общей управляющей информации (CMIP — Common Information Management Protocol) и протокол передачи файла доступа и менеджмента (FTAP — File Transfer, Access and Management).

 

Физическая модель

Согласно концепции, сеть управления (TMN) отделена от сетей связи и подключается к телекоммуникационной сети с помощью интерфейса. Однако концепция допускает использование телекоммуникационной сети для обмена информацией между элементами TMN. Взаимная связь между TMN и телекоммуникационной сетью показана на рисунке 2.3. В качестве сети, которая обеспечивает связь между NE и OSS, используется сеть передачи данных [1, 2, 3, 4].

Взаимосвязь между системой управления TMN и сетью связи


Рисунок 2.3 - Взаимосвязь между системой управления TMN и сетью связи

 

 

3 Лекция. Структура программного обеспечения ТMN. Основные программные модули

 

Цель лекции: ознакомить студентов  со структурой программного обеспечения. Дать характеристики  основных программных модулей.

Содержание:

- структура программного обеспечения TMN;

- протоколы управления.

 

3.1 Структура программного обеспечения TMN

 

Структура программного обеспечения управления как правило. определяется разработчиками. Однако в этой структуре должны существовать следующие программные модули [1, 2]:

-      информационная база управления;

-      функциональный модуль регистрации;

-      функциональный модуль анализа параметров качества работы;

-      функциональный модуль предыстории;

-      пакет программ математического обеспечения по выработке сообщений;

-      функциональный модуль тревожных сообщений;

-      функциональный модуль аварийной сигнализации;

-      функциональный модуль загрузки информации о событиях;

-      графический интерфейс.

Информационная база управления (Management Information Base, MIB) представляет собой место хранения данных. В базе данных сосредоточена вся справочная информация сети. Эта информация поделена на разделы по классам объектов, которые описаны в рекомендации М.3100 "Общая информационная модель сети". Определены детали каждого объекта, включаемого в сеть передачи информации. Описание объектов производится через их атрибуты. В MIB хранится информация о статистике сети и ее отдаленном оборудовании, динамике поведения сети, тревожных сообщениях и другое [5].

Для обслуживания информационной базы данных используются различные функциональные модули. Программные функциональные модули могут быть построены по принципу шаблонов управления, рекомендованных МСЭ-Т в рекомендации М.3200.

Функциональный модуль регистрации предназначен для управления данными основных объектов в сети и множеством совместно определенных справочных атрибутов для всех объектов. Благодаря этому модулю создается и хранится в базе данных вся информация о конфигурации объектов (место расположения, оборудование и т.д.). Для регистрации и представления объектов сети применяется графический интерфейс.

Функциональный модуль анализа параметров качества предназначен для сбора статистики, такой как ошибки в линии, значение трафика, емкость каналов и другое. Функциональный модуль может использоваться для управления качеством работы сети, вычисления статистики трафика и ошибок, для определения узких мест и перегрузок

Функциональный модуль предыстории предназначен для сбора и хранения данных элементов сети (систем передачи, систем коммутации, центров управления сетью). Данные собираются и хранятся по отдельным доменам (областям) управления. При этом в данных определяются отдельные элементы, их атрибуты и временные интервалы.

Пакет программ математического обеспечения по выработке сообщений предназначен для формирования сообщений из базы данных: о трафике линий, об ошибках в линии, о трафике элементов сети, итоговых сообщениях и других.

Функциональный модуль тревожных сообщений предназначен для создания базы технического обслуживания. Благодаря этому модулю возможно формирование сообщений: сетевые события, условия тревоги, регистрация тревожных ситуаций в сети, распознавание ложной тревоги, оповещение пользователя о нарушении порогов тревожных ситуаций. Кроме того, благодаря выполнению команд модуля, возможна доставка тревожных сообщений оператору сети, посылка сообщений вещательному терминалу, активизация математического обеспечения заказчика, обновление статистической информации на панелях тревожной сигнализации и т.д.

Функциональный модуль аварийной сигнализации осуществляет тревожную сигнализацию и выполняет функцию управления сетью, используя мониторинг тревожных ситуаций, подключая функциональный модуль сбора статистики и оповещения о тревожных ситуациях.

Каждый объект, находящийся в тревожной ситуации, соотносится с определенным уровнем серьезности состояния. Серьезность, согласно определениям ISO/OSI, может быть, неопределенной, критической, большой, незначительной, предупредительной и свободной. Каждое тревожное сообщение сопровождается указанием времени, в которое оно было сгенерировано.

Функциональный модуль загрузки информации о событиях предназначен для хранения информации по всем типам событий, которые формируются в сети управления. Эти события рекомендовано разбивать на следующие классы записей: тревожные сообщения, тревожные сообщения о нарушении безопасности, создание объектов, расформирование объектов, изменение значения атрибутов, изменение состояния, изменение связей.

Графический интерфейс управления необходим в системе для доступа пользователя - оператора к функциям управления. Он позволяет визуализировать операции управления, быстро и легко выполнить команды потребителя с помощью множества окон и выбора меню. Благодаря графическому интерфейсу элементы сети, находящейся в процессе управления, представляются в наглядном виде

 

3.2 Службы (услуги) и протоколы управления

 

Служба (услуга) управления сети TMN представляет собой область деятельности управления, которая предусматривает обеспечение функций ОАМ (Operation Administration Management) по техническому обслуживанию, управлению и обеспечению работы управляемой сети [1, 2].

Службы (услуги) TMN являются неотъемлемой частью спецификаций интерфейсов сети TMN. Список служб TMN подробно приведен в рекомендации М 3200, где сообщается о пользователях сетей TMN и видах услуг, ими востребуемых от TMN. Необходимо отметить, что службы TMN могут быть сгруппированы в операционные системы, которые наилучшим образом удовлетворяют организационные потребности оператора, эксплуатирующего TMN. Одна операционная система (возможно, несколько операционных систем) может таким образом выполнять несколько услуг управления или наоборот, конкретная услуга TMN может быть распределена по нескольким операционным системам.

В предлагаемом конспекте лекций не представляется возможным описать все перечисленные службы и управляемые сети. Однако некоторые из них будут рассмотрены в последующих разделах (транспортные сети, сети доступа, ISDN и B-ISDN).

Приведем сокращения используемые в TMN:

-      CCSS №7, Common Channel Signaling System №7 Network  – сеть общеканальной сигнализации №7;

-      M-ISDN. Narrow-band Integrated Digital Services Network  – низкоскоростная цифровая сеть с интеграцией служб (ЦСИС);

-      3-ISDN, Broadband ISDN  – широкополосная ЦСИС;

-      TMN, Telecommunication Management Network  – сеть управления электросвязью;

-      МТ-2000, International Mobile Telecommunications  – 2000-мобильные телекоммуникации международного назначения.

Службы (услуги) сети TMN реализуются через систему взаимодействий "менеджер-агент". Для поддержки этого взаимодействия применяются службы и протоколы взаимодействия, разработанные OSI .

Они представлены в логической семиуровневой модели. На уровнях сосредоточены службы и протоколы взаимодействия. Связь между уровнями осуществляется в форме примитивов, которые подразделяются на примитивы запроса, индикации, ответа и подтверждения.

При этом уровень, выступающий в роли пользователя сервиса, может активизировать функцию путем выдачи запроса на действие. Уровень, играющий роль поставщика сервиса, выдаст подтверждение, указывающее на то, что функция выполнена.  

 

4 Лекция. Структура протоколов TCP/IP. Примитивы SNMP. Разновидности протоколов SNMP

 

Цель лекции: ознакомление с понятиями протокола TCP/IP.

Содержание:

-          структура протоколов TCP/IP;

-   разновидности протоколов SNMP.

 

Телекоммуникационные сети и вычислительные сети (сети ЭВМ) являются очень сложными объектами, которые нуждаются в эффективном управлении. Поэтому помимо стандартов ITU-T касающихся управления сетями электросвязи, в настоящее время широко и активно используются стандарты управления вычислительных сетей для нужд управления телекоммуникациями. При этом преимущественно используются протоколы TCP/IP, с подробным описанием которых можно познакомиться в многочисленной литературе, см. рисунок 4.1. Среди протоколов этой группы для управления используются протоколы SNMP v (Simple Network Management Protocol - простой протокол сетевого управления, v - варианты) [1, 2, 3].

  

1

Прикладной уровень

2

Транспортный уровень

3

Уровень межсетевых взаимодействий

4

Уровень сетевых взаимодействий

 

Рисунок 4.1 - Структура протоколов TCP/IP

 

В структуре протоколов TCP/IP определены четыре уровня.

Уровень 1 - прикладной, объединяющий все услуги, которые предоставляются пользовательским приложениям. К этим услугам относятся Telnet, FTP, TFTP. SNMP.

Уровень 2 - транспортный служит для обеспечения надежности доставки информации. Это обеспечивается протоколом управления передачей TCP (Transmission Control Protocol) и протоколом дейтаграмм пользователя UDP (User Datagram Protocol). Протокол TCP обеспечивает логическое соединение. Он делит поток байтов на части - сегменты и передает их нижележащему уровню межсетевых взаимодействий. После доставки сегментов TCP обратно соберет из них поток байтов. Протокол UDP обеспечивает мультиплексирование и отправку дейтаграмм.

Уровень 3 - межсетевых взаимодействий, реализует передачу пакетов данных в режиме без установления соединений, т.е. дейтаграммным способом. Основным протоколом является IP.

Уровень 4 - сетевых интерфейсов, обеспечивает посредством протоколов интеграцию в составную сеть других сетей. Этот уровень не регламентируется в протоколах TCP/IP, однако он поддерживает известные стандарты физического и канального уровней OSI для сетей Ethernet, Token Ring, Fast Ethernet, X 25, Frame Relay, ATM.

 

Краткая характеристика прикладных протоколов

Telnet - протокол прикладного уровня из набора TCP/IP, предоставляющий пользователям терминалов интерактивный доступ к ресурсам главной ЭВМ в режиме разделения времени. Работает на базе TCP.

FTP (File Transfer Protocol) - протокол передачи файлов, поддерживаемый в сетях TCP/IP. Реализуется на базе TCP.

SNMP - простой протокол управления сетью. Состоит из трех стандартизируемых частей: спецификации структуры управляющей информации, базы управляющей информации и собственно протокола.

 

Примитивы SNMP

Примитивы включают в себя несколько команд:

Get Next-request - запрос, используемый менеджером для получения значения следующего объекта {без указания имени) при последовательном просмотре таблицы объектов;

Get-request - запрос, используемый менеджером для получения от агента значения какого-либо объекта по его имени;

Get-response - ответ, используемый агентом для передачи сообщения за запросы (Get-request и Get Next-request);

Set - изменить, используется менеджером для какого-либо объекта;

Trap - особая ситуация, используется агентом для сообщения менеджеру.

 

Разновидности протокола SNMP

Почему появились разные версии SNMP? Причиной этого стали недостатки первоначальной версии: работа через ненадежный протокол UDP (переход к более надежному TCP ведет к уменьшению возможностей связи с агентами); отсутствие средств взаимной аутентификации агентов и менеджеров; отсутствие эффективной модели безопасности и другое Ликвидировать указанные недостатки удалось в протоколах SNMPV2.

 

Таблица 4.1 - Разновидности протоколов SNMP

Версия протокола

Срок действ

Механизм безопас-ности

Характеристика

Документы

SNMP v1

c 1988 r. по наст. время

поле Community

Исходная спецификация SNMP

RFC 1155, 1157, 1212

SNMP v2

с 1993 г

Party-based Security

Введение примитива (оператора) Get Bulk, усовершенствованная опе­рация SET, некоторые возможности удаленного конфигурирования

RFC 1441- 1452

SNMP v2u

с 1995 г

User-based Security

Более простое конфигурирование, но отсутствие удаленного конфигурирования

RFC 1909, 1910

SNMP v3

1997 г

USM и VACM

Безопасность, удаленное конфигурирование, лучшая модульность, более строгая аутентификация; обновленная модель безопасности User-based Security Model

RFC 1902 - 1908,  2271 - 2275

SNMP v3

: 1997 г

USM и VACM

Безопасность, удаленное конфи гурирование, лучшая модульность, более строгая аутентификация; обновленная модель безопасности

RFC 1902--1908, 2271--2275

  

5 Лекция. Общие принципы построения сети
доступа и системы управления. Управление сетью доступа

 

Цель лекции: ознакомить студентов с основными понятиями управления телекоммуникационных сетей. Дать характеристику понятию управления сетью доступа.

Содержание:

- взаимосвязь сети доступа с другими сетями;

- краткая характеристика прикладных протоколов.

 

Сеть доступа, являясь составной частью сети электросвязи, имеет ряд специфических особенностей, которые выражены в архитектуре (структурах), в интерфейсах, в функциях передачи, в концентрации нагрузки и ее распределении, в резервировании и в управлении [1, 2].

Внешние взаимосвязи сети доступа с другими сетями приведены на рисунке 5.1.

ITU-T рекомендует рассматривать сеть доступа как протокольную модель, состоящую из ряда уровней.

 

Рисунок 5.1 - Схема взаимосвязи сети доступа с другими сетями

 

Каждый из уровней модели должен поддерживать определенные функции сети доступа и. в том числе, управления. Системой управления должны быть охвачены все уровни сети доступа и интерфейсы пользовательских терминалов вместе с этими терминалами (имеются ввиду  мультимедийные терминалы и модемы, которые их обслуживают) и узла (узлов) предоставления услуг с их функциями

В сети доступа реализуются протоколы передачи, обеспечивающие:

-         физический уровень (кодирование, преобразование, защита от повреждений электропитание и т. д.);

-         уровень трактов (цифровых, физических и виртуальных, например, на скоростях стандартов PDH, SDH ATM - 2,048 Мбит/с, 34368 Мбит/с, 155Мбит/с),

-         уровень каналов для реализации узкополосных и широкополосных услуг отдельных или интегрированных (от спектра передачи телефонии 0,3 … 3,4 кГц. основного цифрового канала Е0 - 64 Кбит/с первичного цифрового канала Н12 - 2.048 Мбит/с. до канала телевидения высокой четкости 34 140 Мбит/с);

-         уровень функций поддержки доступа с его обязательной сигнальной системой (например, DSS 1);

-         уровень функций системы управления сети доступа (реализует функции TMN).

 

Особенности интерфейсов сети доступа

Интерфейсы UNI являются индивидуальными для пользовательских терминалов и учитывают их особенности. Например, терминалы ISDN и B-ISDN применяются для предоставления различных по качеству и числу возможностей услуг. Поэтому здесь могут быть использованы различные физические среды (медные, оптические, радио), способы образования трактов и каналов (физические в цикле или виртуальные с пакетной передачей). Большую долю в этих интерфейсах могут занимать интерфейсы телефонных терминалов и узкополосной ISDN с базовым доступом 2B+D.

Интерфейсы SNI отличаются от UNI меньшим разнообразием, однако, эти интерфейсы в соответствии с требованиями поддержки возможностей доступа должны быть интеллектуальными и универсальными, т. е. пригодными для подключения многих услуг отдельно и интегрировано. Примерами таких интерфейсов являются V 5.1, V 5.2, VB 5.1, VB5.2.

Интерфейсы Q3, Qx, F для управления не отличаются от ранее рассмотренных стандартов TMN.

Предметом дальнейшего изучения является набор функций управления сети доступа, которые должны быть реализованы в системе управления TMN.

Общая функциональная архитектура управления сетью доступа приведена на рисунке 5.2.

Основные функции управления сетью доступа фиксируются в пяти блоках:

-         управление пользовательскими портами (интерфейсами) УПП(И);

-         управление портами (интерфейсами) узлов предоставления услуг (служб) УПУПУ (С);

-         управление транспортировкой УТ;

-         управление основными функциями сети доступа УОФ, т е мультиплексированием, концентрацией, адаптацией;

-         управление функциями сетевых элементов управления УФСЭУ, входящих в состав сети доступа в системах передачи концентрации, электропитания других).

 

 

AN, Access Network - сеть доступа;

MCF Message Communication Function - функции передачи сообщений;

OSF, Operations System Function - функции операционной системы (управление сетью доступа).

 

Рисунок 5.2 - Общая функциональная архитектура управления сетью доступа

 

Структура сети доступа и оборудование

Структура сети доступа и оборудование, применяемое в ней, во многих отношениях определяются физическими средами передачи сигналов.

Медные кабели с коаксиальными или симметричными парами проводов. Чаще всего в сети доступа применяются низкочастотные медные кабели с ограниченными возможностями по дальности и спектру передачи [1, 2, 4].

Волоконно-оптические кабели с почти неограниченными для сетей доступа возможностями передачи широкополосных сигналов. Волоконно-оптическая среда признана ITU-T наиболее перспективной для развития современной сети доступа.

Радиодоступ и атмосферный оптический доступ также могут найти применение на тех участках сети, где существуют проблемы с прокладкой кабельных линий (экономические, технические, экологические и другие).

Как правило, сеть доступа с применением медных линий, радиолиний и атмосферных оптических линий строится по схеме "звезда" или "дерево" Такие схемы отличаются уязвимостью к повреждениям и требуют больших затрат на линейные сооружения, особенно проводные. 

 

6 Лекция. Управление первичной транспортной сетью. Модели транспортных сетей в развитии. Управление сетевыми элементами

 

Цель лекции: ознакомить студентов с основными понятиями управления телекоммуникационными сетями. Дать характеристику понятию управления сетью доступа.

Содержание:

- понятия о транспортных сетях;

- управление сетевыми элементами.

 

Первичные (транспортные) сети строятся на основе волоконно-оптических и радиорелейных линий с аппаратурой синхронных (SDH, Synchronous Digital Hierarchy), плезиохронных (PDH, Plesiochronous Digital Hierarchy) и асинхронных (ATM. Asynchronous Transfer Mode) систем передачи. В перспективе эти сети должны быть в основном волоконно-оптическими с применением технологий многоволновой передачи (WDM/DWDM - Wavelength Division Multiplexing / Dense WDM). Важнейшая роль управления подчеркивается ITU-T в рекомендациях G.803, 805, 841, 773. 774, 783, 784, 1.610 для первичных сетей, а в рекомендации М.3200 отдельный раздел посвящен управлению транспортной сетью. При этом в транспортной сети физическими объектами управления выступают: каналы (телефонные, арендованные, специальные и другие), тракты передачи (верхнего и нижнего порядков, отличающиеся скоростными режимами), линии передачи (с секциями регенерации и мультиплексирования). Учитывая динамичное развитие сетей связи, и появление в ближайшем будущем полностью оптических сетей, имеет смысл обратить внимание на эволюцию основной модели транспортной сети [1, 2, 4].

 

Модели транспортных сетей в развитии

Эволюция транспортных сетей обусловлена новейшими технологическими решениями в области волоконной оптики и широкополосных сетей с интеграцией служб (услуг) B-ISDN. Многоуровневое представление транспортной сети позволяет сформулировать и задачи систем управления для этих сетей. Очевидно, что развитие сетей связи должно сопровождаться и развитием систем управления, т.е. переход от SDH сетей к ATM сетям и оптическим сетям должен быть предусмотрен концептуально в руководящих документах (рекомендациях ITU-T) и реализован на практике.

Примерами этому могут служить рекомендации G 872 (1998 года) и реализации систем управления, например, INC-100 компании NEC, ITM-SC компании Lucent Technologies, OPEN NSU компании BOSHC TELECOM. Наиболее общие аспекты систем управления транспортными сетями для наглядности отображены на рисунке 6.1.

Функции управления - OAMP,Operation, Administration, Maintenance, Provisioning - эксплуатация, администрирование, обслуживание, обеспечение.

Функции управления сетью:

-управление конфигурацией (подсетями, в частности, кольцевыми);

-управление безопасностью;

- управление отказами;

- управление производительностью системы управления;

- управление переключениями в сети (защита трактов);

-управление потоками доступа.

Функции управления элементами:

- управление авариями;

- управление конфигурацией;

- управление безопасностью;

- управление переключением (защита секций, оборудования).

 

 

Рисунок 6.1 - Общие функции управления транспортной сетью

 

Управление сетевыми элементами

Управление сетевыми элементами осуществляется через встроенные в аппаратуру SDH, контроллеры которые снабжены прикладными программами агентов и менеджеров функциями передачи сообщений и каналами передачи данных, встроенными в циклические структуры синхронных транспортных модулей (STM-1, 4, 16) Благодаря каналу передачи данных, различные виды аппаратуры SDH (мультиплексоры терминальные, ввода-вывода. кроссовые коммутаторы регенераторы) связаны в единую сеть управления. Подключение к этой сети управляющей сети производится через интерфейс Qx (Q3). Кроме того, к любому из устройств SDH могут подключаться для контроля и управления местные терминалы управления (мониторинга) через интерфейс F.

Структуры интерфейсов Q и F обсуждались в приведенных выше разделах. MCF реализует стык агентов и менеджеров с каналами передачи данных ЕСС, скоростные режимы которых могут быть от 192 кбит/с до 576 кбит/с, в зависимости от использования канальных интервалов D1 - D12 заголовка STM-N. Физический уровень интерфейса F чаще всего реализуется интерфейсом RS232 и ему подобными.

Объекты управления (МО) в мультиплексоре SDH (сетевом элементе) фиксируют состояния всех входящих в них модулей и блоков и их Функции.

Примерами модулей могут служить:

- транспортный терминал и входящие в него блоки (физический стык с линией, регенерационной секции, секции мультиплексирования, защиты секции, адаптации секции),

  - кроссовые коммутационные устройства, оборудование трактов высшего и низшего порядков (виртуальных контейнеров VC12. VC3, VC4) и другое.

На рисунке 6.2 представлена упрощенная структурная схема функциональных модулей аппаратуры SDH с точками реализации функций контроля и управления.

MCF, Message communication function - функции передачи сообщений;

MAF, Management application function - прикладные функции управления;

NEF, Network element function - функции сетевого элемента;

ECC, Embedded control channel - встроенный канал связи;

MO, Managed object - объект управления;

A, Agent - агент;

М, Manager - менеджер;

SEMF, Synchronous equipment management function – функции управления синхронной аппаратурой.

 

Рисунок 6.2 - Структурная схема управляемого элемента сети

 

Через точки S1 - S15 производится контроль и управление функциями аппаратуры SDH посредством посылки команд "прочитать" и “установить”. Подробное описание прохождения этих команд приведено в рекомендации G.783. Остановимся более детально только на функции управления синхронной аппаратуры.

Агент и менеджер являются внутренними встроенными функциями управления синхронной аппаратуры (ФУСА, SEMF). ФУСА взаимодействует с другими функциональными блоками путем обмена информацией через точки Sn. В ФУСА входит ряд информационных фильтров, которые обеспечивают уменьшение объема данных, принятых через Sn. Выходы фильтров доступны агенту через управляемые объекты, которые предоставляют эту информацию. Управляемые объекты также предоставляют агенту другую информацию управления и получают ее от него. Управляемые объекты обеспечивают обработку события и хранение, а также единообразное представление этой информации. Агент преобразует указанную информацию в сообщение CMISE и реагирует на сообщение CMISE, приходящее от менеджера. 

 

7 Лекция. Управление сетью SDH. Управление сетями АТМ. Управление сетью синхронизации. Управление оптической транспортной сетью

 

Цель лекции: дать понятие управления сетью SDH и АТМ, управлением сетью синхронизации. Управление оптической транспортной сетью.

Содержание:

- управление сетью SDH;

- управление сетью с системами ATM;

- управление сетью синхронизации.

 

Управление сетью SDH

Управление сетью SDH затрагивает, как правило, ряд аспектов управление сетью SOH в целом: управление подсетями SOH, управление трактами, каналами и системами передачи; управление сетью управления TMN и т. д. Для наглядности структуры управления сетью на рисунке 4.6 представлена схема, отображающая взаимосвязи транспортной сети с управлением [1, 2, 4].

Для организации управления сетью SDH задействуются как встроенные каналы передачи данных (ЕСС), так и каналы, не принадлежащие сети SDH (LCN). Особенностью организации каналов является их резервирование, которое может выполняться по схемам 1+1 и 1+n. В качестве медиаторов могут быть использованы мосты/маршрутизаторы и оборудование MCF сетевых элементов.

Управление конфигурацией сети начинается с создания базы данных, в которой четко прописывается участок управления, элементы сети, подсети, секции, тракты, каналы. Для осуществления конфигурации в сети производится установка связи с сетевыми элементами и проверка наличия оборудования (комплектность). Конфигурирование происходит путем задания трактов между двумя точками в виде логического сообщения. Задание режима резервирования также является необходимым элементом процедур конфигурирования и многое другое, что обеспечивает при эксплуатации максимальную эффективность обслуживания.

Управление системой безопасности сети управления предполагает создание нескольких уровней пользователей TMN: администратора, системного оператора, оператора техобслуживания, рядового оператора. Вся управляемая сеть может быть разделена на отдельные административные участки с различными возможностями доступа на каждом из них.

Управление отказами (авариями, повреждениями) сети ведется непрерывно системой TMN. В случае получения сообщений о событиях отказа оператору сети сообщается визуально через экран монитора и звуковым сигналом. Состояния отказа могут автоматически сортироваться и фильтроваться системой управления сети. События хранятся в памяти системы определенное время (сутки, неделю, месяц, год).

События отказов могут служить причиной автоматической активизации управления переключением трактов, секций, оборудования. Подробную информацию о типах и характеристиках архитектур защиты SDH сетей можно получить из рекомендации G.841.

 

Управление сетью с системами ATM

Системы асинхронного режима передачи (ATM) обеспечивают мультиплексирование, коммутацию и передачу трафика широкополосных сетей. Эта многофункциональность определяет особенности управления сетями транспортировки с ATM. Особенности состоят, прежде всего, в управлении виртуальными каналами и виртуальными трактами, определенными концепцией транспортной сети с ATM. Поскольку ATM, главным образом, предназначен для построения широкополосных сетей B-ISDN, то вопросы управления этими сетями рассматриваются в рекомендациях ITU-T серии I.xxx, например, I.150, I.311, I.361, I.610. Кроме того, спецификациям сетевого управления ATM большое внимание уделяет международная организация по стандартизации ATM-Форум, которой разработана серия рекомендаций AF-NM. В этих рекомендациях определены функциональные возможности управления системами ATM для всех участков сети транспортировки и сети доступа. В настоящее время большинство оборудования ATM содержит функции управления SNMP. Однако это решение, по мнению специалистов, не является лучшим с точки зрения безопасности сети управления, поэтому вместо стандартного SNMP производители систем ATM используют свои разработки программ управления, напоминающие SNMP. Это в свою очередь затрудняет интеграцию систем управления. Другой реальный путь высокоэффективного управления следует из рекомендаций ITU-T I.610 и I.751. где рассмотрены принципы эксплуатации и технического обслуживания оборудования систем ATM и вся структура управления виртуальными каналами и трактами, согласованными с TMN.

Основная задача эксплуатации и технического обслуживания систем ATM состоит в обнаружении и локализации неисправностей и восстановлении нормальной работы сети. Функции ОАМ являются одними из основных функций управления сетью.

К этим функциям относятся:

-         контроль параметров надежности;

-         локализация неисправностей;

-         выработка решений по устранению отказов;

-         аварийная сигнализация;

-         запись сообщений в базы данных;

-         оповещение обслуживающего персонала и т.д.

Информация управления в системе ATM передается посредством пяти уровней управления. Функции каждого из них определены.

 

Управление сетью синхронизации

Необходимость разработки систем управления тактовой сетевой синхронизацией (ТСС) обусловлена появлением на цифровых сетях, прежде всего, транспортных, большого количества различных тактовых генераторов. Эти генераторы (первичные эталонные генераторы ПЭГ. вторичные (ведомые) тактовые генераторы ВЭГ. генераторы сетевых элементов ГСЭ) объединяются в сети по определенным правилам, которые описаны в рекомендациях ITU-T G811, G.812, что позволяет успешно бороться с проскальзываниями в сети и устранять фазовые дрожания [1, 2, 4].

По некоторым оценкам, функции управления тактовой сетевой синхронизацией должны быть основаны на положениях рекомендации ITU-T М.3010. При этом выделяются четыре блока функций управления ТСС.

Управление качеством ТСС предполагает сбор и обработку результатов измерений максимальной относительной ошибки временного тактового интервала, девиации временного интервала и девиации частоты для сигналов ТСС и сравнения этих результатов с нормами. Результаты измерений передаются дистанционно на рабочую станцию для анализа, демонстрации на мониторе и хранения в хронологическом порядке.

Управление обработкой неисправностей предполагает сбор и обработку данных состояния генераторов сети синхронизации, генерацию аварийных сообщений и сообщений о событиях. При этом попытка устранения неисправностей делается на возможно низком уровне. Например, переключение на резервный цезиевый стандарт первичного генератора производится микроконтроллером самого первичного генератора, а информация управления поступает в систему управления. Для определения аварии по важности используется система информационных фильтров. Конечное решение за операцией управления может быть оставлено оператору.

Управление конфигурацией параметров каждого генератора тактовых интервалов осуществляется через графический пользовательский интерфейс.

 

Рисунок 7.1 - Структура сети управления ТСС

 

Управление безопасностью в сети ТСС предполагает защиту от несанкционированного доступа с помощью паролей, а также ограничение выполняемых определенным оператором функций в зависимости от присвоенного ему уровня.

 

Управление оптической транспортной сетью

Оптические транспортные сети не без основания считаются реальной перспективой телекоммуникаций XXI века. В их основе лежит принцип многоволновой передачи информации в оптических волокнах с минимальными потерями и заданными показателями дисперсии. Над стандартизацией оптических сетей работают исследователи комиссии по телекоммуникациям ITU. Уже стандартизирован частотный спектр третьего окна прозрачности оптического волокна (вблизи волны 1,55 мкм), где возможно размещение 43 оптических несущих через частотный интервал 100 ГГц. В ближайшее время ожидается увеличение числа оптических несущих, передаваемых одновременно, до 1022, а реальные скорости передачи данных могут при этом возрасти до 10 Гбит/с и выше. Понятно, что транспортировка с огромной скоростью потребует созданий оптических узлов, терминальных и промежуточных станций и, естественно, эффективного управления. Именно управлению оптическими сетями в последнее время уделяется большое внимание.

Оптические транспортные сети предполагают полностью оптические тракты от пользователя до пользователя через промежуточные пункты. При этом сохраняет свое значение общая концепция TMN для управления оптической сетью. Однако появляется ряд новых решений по организации управления. Для обслуживания оптических секций и трактов применяются выделенные оптические несущие частоты, которые переносят трафик управления и выводятся/вводятся в каждом промежуточном элементе сети с целью преобразования сигналов управления. При этом сигналы управления генерируются и потребляются электронными контроллерами, выполняющими функции интеллектуальных агентов и менеджеров. Для организации управления на каждом из оптических каналов, переносящих трафик, например, SDH используются свободные временные позиции секционных заголовков (SDH), которые могут быть сгруппированы в каналы передачи данных для управления оптической сетью. Необходимо отметить, что, если переносимый каждой оптической несущей трафик принадлежит сети PDH или ATM, то это не налагает ограничений по организации управления секциями и трактами оптической сети. 

 

8 Лекция. Системы сигнализации в сетях связи. Классификация систем сигнализации. Архитектура SS7

 

Цель лекции: системы сигнализации в сетях связи. Классификация систем сигнализации. Архитектура SS7.

Содержание:

- система сигнализации №7;

- эталонная модель протоколов ОКС №7;

- протоколы ОКС №7.

 

Система сигнализации № 7

Система сигнализации №7 (ОКС №7) представляет собой многофункциональный протокол управления доставкой сообщений переменной длины в сети передачи данных с коммутацией пакетов. Этот протокол первоначально предназначался для управления доставкой сигнальных сообщений пользователей телефонной сети по общему каналу. В дальнейшем функции протокола общеканальной системы сигнализации №7 расширялись вследствие интеграции множества служб в одной телекоммуникационной сети (ISDN). В настоящее время ОКС №7 поддерживает обмен не только сигнальными сообщениями с целью предоставления услуг в сети с коммутацией каналов, но и обмен пользователей, имеющих оконечное оборудование пакетного типа, обмен объектов интеллектуальной сети, элементов системы централизованной эксплуатации и технического обслуживания, элементов системы управления телекоммуникационной сетью (TMN - Telecommunication Management Network) [1, 5, 6, 9].

Общий канал сигнализации (Common-signaling Channel, CSC) представляет собой совокупность средств, обеспечивающих прием требований на передачу линейных, регистровых и информационных сигналов, формирование пакетов данных переменной длины с сигнальной и другой информацией, передачу и прием кадров, обеспечение требуемой верности сигнальной информации и удовлетворение требованиям по допустимой задержке.

Сигнальную информацию передают в сетях с коммутацией каналов для быстрого отыскания ресурсов, требуемых пользователю. Под термином "сигнализация" понимают процесс обмена элементов сети линейными, регистровыми и информационными сигналами.

Различают три разновидности сигнализации, см. рисунок 8.1:

-    абонентскую (в интерфейсе "пользователь-сеть");

-    внутристанционную (между модулями АТС);

-    межстанционную (между АТС, узловыми станциями, сетевыми базами данных, между станциями и центрами технической эксплуатации, между узлами разных сетей).

Для цифровой сети с интеграцией служб (ISDN) МСЭ-Т (ITU-T) рекомендовал использовать в интерфейсе "пользователь - сеть" цифровую абонентскую систему сигнализации №1 ЦАСС № 1 (DSS1), а для межстанционной связи общеканальную систему сигнализации №7 (CSS 7).

 


Рисунок 8.1 - Общеканальная сигнализация в цифровой сети

 

Совокупность каналов сигнализации и оконечных (Signaling Point, SP) и

транзитных пунктов сигнализации (Transfer Signaling Point, STP) образует сеть сигнализации. Эта сеть является транспортной системой не только для доставки сигнальных сообщений в сетях с коммутацией каналов, но и для обмена данными тарификации разговоров, технической эксплуатации, административного управления, управления процессами подготовки и предоставления дополнительных видов обслуживания (ДВО) и других.

Пункты сигнализации могут обмениваться сообщениями по одному из трёх способов:

- связанному;

- несвязанному;

- квазисвязанному.

Примеры режимов сигнализации приведены на рисунке 8.2.

В пунктах сигнализации SPf и SPk имеются подсистемы пользователей (то есть в них происходит генерация и обработка сигнальных сообщений), а в транзитных пунктах сигнализации STPm и STPn подсистемы пользователей могут быть не представлены, то есть здесь должны выполняться функции хотя бы трех нижних уровней протокольной модели ОКС №7 (управление сетью сигнализации, защита от ошибок, управление передачей битов по физическому каналу). Эти функции реализуются подсистемой передачи сообщений ППС (Message Transfer Part, MTP). Каждый SP или STP должен иметь уникальный в данной сигнальной сети код (КПС).



Рисунок 8.2 - Примеры режимов сигнализации

 

Сигнальные сообщения от одного SP к другому могут направляться, в зависимости от состояния элементов сети, по разным маршрутам, если таковые имеются, см. рисунок 8.3.

 

Эталонная модель протоколов ОКС № 7

Функции системы сигнализации

Задачи формирования и обмена сигнальными сообщениями реализуются



Рисунок 8.3 - Структура сигнальной сети

 

двумя подсистемами [5, 6, 9]:

- подсистемой пользователя  ПП (User Part, UP);

- подсистемой передачи (переноса) сообщений  ППС (Message Transfer Part, MTP).

В каждом пункте сигнализации может быть представлено множество подсистем пользователей (ПП), в частности:

1)      подсистема пользователя ISDN (ISDN User Part, ISUP);

2)      подсистема пользователя телефонной сети общего пользования (TUP);

3)      подсистема пользователя сети ПД общего пользования (DUP);

4)      подсистема пользователя сотовой сети подвижной связи стандарта GSM (MAP);

5)      подсистема пользователя технической эксплуатации и администрирования сети сигнализации (OMAP).

Подсистема передачи сообщений является общей транспортной системой для всех ПП. Протоколы ППС удовлетворяют требованиям, предъявляемым к протоколам физического, звена данных и части сетевого уровня эталонной модели взаимодействия открытых систем (ЭМВОС). Эталонная модель протоколов системы сигнализации №7 приведена на рисунке 8.4.

Функции ППС таковы:

- маршрутизация сигнальных сообщений;

- распределение принятых сигнальных сообщений между ПП;

- защита пакетов данных от искажений;

- управление передачей сигнальных сообщений пользователей;

- управление потоками сообщений сигнализации;

- генерирование и обработка сообщений управления сетью сигнализации, процессами администрирования и технической эксплуатации.

 

Протоколы ОКС №7

Под протоколом понимают правила обмена одноименных уровней



Рисунок 8.4 - Система протоколов ОКС № 7

 

разных информационных систем, процедуры обработки информации, форматы пакетов и кадров, правила кодирования информации.

Функции протоколов ОКС № 7 разделены на 4 уровня:

- 1-ый – физический;

- 2-ой - звеньевой (канальный);

- 3-ий – сетевой;

- 4-ый - пользовательский.

На уровне 1 предоставляются физические каналы для передачи данных. Вариант использования в ОКС одного из каналов цифровой системы передачи показан на рисунке 8.5.

На уровне 2 обеспечивается выполнение следующих функций:

- формирование блоков данных (называемых в рекомендациях ITU-T сигнальными единицами – СЕ [Signaling Unit, SU]);

- разделение сигнальных единиц с помощью флагов;

- обнаружение ошибок в СЕ с помощью проверочных битов – ПБ [Check Bits ,CK]);

- исправление ошибок с помощью повторной передачи СЕ;

- наблюдение за характеристиками канала данных сигнализации.

Эти функции реализуются в пункте сигнализации для каждого звена сигнализации с помощью программно-аппаратных средств, называемых контроллером звена сигнализации, (см. рисунок 8.6). Звено сигнализации состоит из звена данных сигнализации и двух оконечных устройства ЗС (ОУ ЗС) сопряженных пунктов, на рисунке 8.6 это SPn и SPm.

 


Рисунок 8.5 - Средства уровней 1 и 2 ОКС № 7

 

На уровне 3, называемом сетевым, реализуются следующие функции:

- обработка сигнальных сообщений, состоящая в разделении поступающих сообщений, относящихся к разным подсистемам пользователей, и направлении сигнальных сообщений от подсистемы пользователей к соответствующему звену сигнализации;

- управление сетью сигнализации, состоящее в маршрутизации сигнальных сообщений, ограничении потоков при перегрузках и отказах в сети сигнализации, переводе трафика сигнализации на другой маршрут или резервное звено сигнализации, восстановлении нормального функционирования звеньев и маршрутов сигнализации.

Уровень 4 системы протоколов ОКС № 7 соответствует прикладному уровню ВОС. На уровне 4, называемом пользовательским, анализируются принимаемые и генерируются предназначенные для передачи сигнальные сообщения. Сигнальными сообщениями могут обмениваться лишь одноименные подсистемы пользователей. Функционирование подсистемы пользователя не зависит от реализации MTP (ППС).

 

 

9 Лекция. Форматы сигнальных единиц. Способы обнаружения ошибок в сигнальных единицах

 

Цель лекции: дать понятие магистрантам о форматах сигнальных единиц. Ознакомить о принципах обнаружения ошибок.  

Содержание:

- форматы СЕ;

- маршрутизация, адресация, анализ и распределение сигнальных сообщений;

- процедуры защиты от ошибок.

 

Форматы сигнальных единиц

Форматы сигнальных единиц приведены на рисунках 9.1 (ЗНСЕ), 9.2 (СЗСЕ) и 9.3 (ЗПСЕ) [5, 6, 9].

Опишем назначение полей всех СЕ.

1. Флаг (Ф) = 01111110 - используется в следующих целях:

а) как разделитель сигнальных единиц, следующих друг за другом в потоке; если ЗНСЕ передаются друг за другом, то флаг конца одной является также флагом начала следующей сигнальной единицы; если ЗНСЕ является


Рисунок 9.1 – Основной формат значащей сигнальной единицы (MSU)

 


Рисунок 9.2 - Основной формат СЗСЕ (LSSU)

 

Рисунок 9.3 -. Основной формат ЗПСЕ (FISU)

 

одиночной и за ней следует СЕ другого типа, то она обрамляется двумя флагами (открывающим и закрывающим); если процедура обнаружения флага не находит после приема 279 байт (это характерно для национальной сигнальной сети) следующего флага, то звено сигнализации считается неработоспособным;

б) как последовательность, используемая для процесса фазирования, когда в целях восстановления доступности удаленной стороны звена сигнализации инициатор передает поток флагов и по реакции удаленной стороны принимает решение о возможности работы по данному звену;

в) как контрольная последовательность, передаваемая после получения информации о перегрузке удаленной стороны звена сигнализации.

2. Обратный порядковый номер  ОПН (Backward Sequence Number, BSN)  передается удаленной стороной ЗС в качестве подтверждения принятой без ошибок ЗНСЕ; ОПН изменяется в диапазоне от 0 до 127.

3. Прямой порядковый номер  ППН (Forward Sequence Number, FSN)  каждой ЗНСЕ присваивается уникальный ППН; на удаленной стороне звена сигнализации ППН служит для проверки правильного порядка следования ЗНСЕ (и только значащих СЕ); после безошибочного приема ЗНСЕ с ППН= i все последующие ЗНСЕ, ППН которых отличается от ППН= i+1, будут стираться, чтобы не допустить потери СЕ в звене сигнализации.

4. Обратный бит индикатор  ОБИ (Backward Indicator Bit, BIB)  используется в одном из рекомендованных ITU-T способов защиты от ошибок (основной способ) для формирования “отрицательного подтверждения”, с помощью которого источник оповещается о приеме СЕ с ошибкой.

5. Прямой бит индикатор  ПБИ (Forward Indicator Bit, FIB)  используется в процессе защиты от ошибок для информирования удаленной стороны ЗС о том, передается ли ЗНСЕ впервые или повторно.

6. Индикатор длины  ИД (Length Indicator, LI)  идентифицирует тип СЕ:

- ИД ЗНСЕ может иметь значения от 3 и выше,

- ИД СЗСЕ имеет значение 1 или 2,

- ИД ЗПСЕ равен нулю;

Индикатор длины задает количество байтов между старшим разрядом поля ИД и младшим разрядом поля проверочных битов  ПБ (Check Bits, CK).

7. Проверочные биты (ПБ)  формируются в процессе циклического кодирования сигнальной информации и добавляются к ней; удаленная сторона использует их для обнаружения ошибок.

8. Байт служебной (сервисной) информации  БСИ (Signaling Information Octet, SIO) – содержит два четырехразрядных поля. В младшем из них содержится индикатор пользователя (службы) {ИП}, а в старшем - индикатор сети (ИС). Индикатор пользователя (Service Indicator, SI) указывает тип подсистемы пользователя. Индикатор сети (Net Indicator, NI) указывает на вид сети (международная или национальная). В ППС анализируются оба поля этого байта принятой ЗНСЕ.

9. Поле сигнальной информации  ПСИ (Signaling Information Field, SIF)  здесь содержится сообщение подсистемы пользователя и этикетка (метка), включающая код исходящего пункта и код пункта назначения; в каждой подсистеме пользователя может использоваться свой формат и свое кодирование сообщений.

Объем ПСИ в национальных сигнальных сетях может достигать 272 байт, из них одиночное сообщение пользователя может содержать до 256 байтов, в остальных 16 байтах содержится этикетка и дополнительные данные, используемые на пользовательском уровне для составления информационных блоков большого объема (больше, чем 256 байтов).

Ответственность сети сигнализации состоит, прежде всего, в том, чтобы непрерывно контролировать исправность и готовность всех звеньев сигнализации к передаче и приему информации. Поэтому в любой момент времени в обоих направлениях по звену сигнализации передаются либо ЗНСЕ, либо СЗСЕ, либо ЗПСЕ. Благодаря этому, оказывается возможным обнаруживать ошибки даже во время отсутствия запросов от подсистем пользователей.

 

Маршрутизация, адресация, анализ и распределение сигнальных сообщений

Маршрутизация и адресация

Значащие сигнальные единицы, в отличие от СЕ других типов, могут передаваться между любыми парами ПС сигнальной сети. Поэтому в их формате должен присутствовать адрес, называемый этикеткой (меткой) маршрутизации (ЭМ) [5, 6, 9].

Если ЗНСЕ переносит сигнальную информацию подсистемы пользователей ISDN, то ЭМ содержит 4 поля. Этикетка маршрутизации включает следующие поля, используемые для указания адресов объектов сигнальной сети:

а) код пункта назначения КПН (DPC) это адрес SPj, где находится требуемая подсистема пользователей;

б) код исходящего пункта КИП (OPC) это адрес SPi, где находится пользовательская подсистема источник сигнальной информации;

в) селекция звена сигнализации СЗС (Signaling Link Selection Field, SLS) – это номер ЗС, по которому должна передаваться ЗНСЕ;

г) номер пучка информационных каналов (НПК);

д) номер канала (НК), найденного свободным.

Формат этикетки маршрутизации для ЗНСЕ приведен на рисунке 9.4.

 

Процедуры защиты от ошибок

Роль флагов

Защита от ошибок обеспечивается протоколом 2-го уровня. Как было выше сказано, заголовок для всех типов сигнальных единиц является одинаковым: флаги, поля ОПН, ОБИ, ППН, ПБИ, ИД, ПБ. Если за принятым флагом непосредственно не следует другой флаг, то он считается открывающим, то есть началом СЕ. Если после приема некоторого количества байтов (не менее пяти - это соответствует длине ЗПСЕ) снова принят флаг, то он считается закрывающим.

Флаг является уникальной последовательностью с шестью идущими друг за другом единицами между двумя нулями (E7 HEX). Прием семи и более единиц подряд квалифицируется как сбой в работе звена сигнализации. С этого момента запускается подсчет принимаемых байтов и начинается поиск правильного флага. Теперь все биты, принятые после последнего неискаженного флага и перед следующим правильным флагом, стираются. Подсчет принимаемых байтов отменяется только после приема без ошибок ЗНСЕ с ожидаемым значением ППН.

Между двумя передаваемыми флагами не должно быть последовательностей, имитирующих флаг. Для этого передающая часть оконечного устройства звена сигнализации вставляет нуль после каждой последовательности из пяти единиц (битстаффинг), а приемная часть,

 


Рисунок 9.4 – Формат этикетки маршрутизации

 

обнаружив и отделив флаг, исключает нуль после каждой последовательности из пяти единиц.

После этого выполняется проверка длины принятой СЕ. Принятая последовательность битов должна делиться на 8 и содержать не менее 6 байтов, включая открывающий флаг. При невыполнении этого условия все принятые символы стираются, и содержимое счетчика количества ошибок в СЕ увеличивается на единицу.

Может оказаться, что до приема закрывающего флага поступило более чем (m+7) байтов. Величина m  это максимальная длина SIF (в байтах), которая разрешена в данном звене сигнализации (62  в международной сети и 272  в национальной). В этом случае СЕ стирается и начинается подсчет байтов до приема очередного флага.

Проверочные биты

С целью обнаружения ошибок кратности 2 и более на передающей стороне ЗС формируется 16 проверочных битов по алгоритму циклического кодирования, при этом используется образующий полином вида:

P(x) = X16 + X12 + X5 + 1.

Проверочные биты присоединяются к СЕ во время передачи после старшего разряда поля сигнальной информации. В приемной части оконечного устройства звена сигнализации выполняется декодирование принятой СЕ после сбрасывания флагов и удаления нулей, вставленных удаленной передающей стороной для предотвращения имитации ложных флагов. Сравнение полученного остатка после декодирования и проверочных битов принятой СЕ позволяет установить наличие искажений.

 

Основной (базовый) метод защиты от ошибок

В рекомендовано использование двух методов защиты от ошибок [5, 6, 9]:

- основного (базового);

- превентивного циклического повторения – ПЦП (Preventive Cyclic Retransmission, PCR).

Оба метода могут использоваться в одной и той же сигнальной сети, но в различных звеньях. Основной метод используется в тех звеньях, где время распространения сигнала Тр < 15 мс (такая величина характерна для наземных линий связи). Метод ПЦП используется при Тр>15 мс (такая величина характерна для спутниковых трактов). В одном звене сигнализации может применяться только один из этих методов.

Базовый метод защиты в ОКС №7 аналогичен принципу, реализованному в процедуре HDLC протокола X.25 . Сущность этого принципа такова:

1) каждая ЗНСЕ однозначно определяется значением ППН в диапазоне от 0 до 127;

2) с помощью ПБИ в передаваемой СЕ указывается, имеет ли место повторная передача или СЕ передается впервые;

3) подтверждение (положительное или отрицательное) принятой СЕ обеспечивается с помощью ОПН и ОБИ в той СЕ, которая передается в обратном направлении; этой СЕ может быть как ЗНСЕ, так и ЗПСЕ.

Время распространения сигнала в канале может быть большим (в наземных линиях связи до 15 мс), поэтому неподтвержденные ЗНСЕ запоминаются в буфере повторной передачи (БПП). В этом буфере может быть до 128 мест. Сохранение ЗНСЕ в БПП обеспечивает повторную их передачу при искажениях или потере в звене сигнализации.

 

Метод защиты от ошибок путем превентивного циклического повторения ЗНСЕ

Этот метод защиты рекомендован при величине задержки распространения сигнала в звене сигнализации, превышающей 15 мс, что характерно для спутниковых линий, см. рисунок 9.5. Для увеличения пропускной способности ЗС, использующего такую линию, все имеющиеся в БПП ЗНСЕ передаются циклически до тех пор, пока не будет получено положительное подтверждение. Это подтверждение может относиться ко всем ранее переданным ЗНСЕ или лишь к одной или части из них.

Рисунок 9.5 - Обмен по звену сигнализации с использованием спутника по способу превентивного циклического повторения ЗНСЕ

 
 
10 Лекция. Прикладная подсистема МАР пользователя мобильной связи стандарта GSM SS7

 

Цель лекции: дать понятие магистрантам о прикладных подсистемах (МАР) пользователя мобильной связи стандарта GSM SS7.

Содержание:

- возможности сигнализации SS7;

- передача SS7 поверх IP;
- коммутаторы и шлюзы SS7.

 

Возможности использования SS7

Сигнализация SS7 применяется во всех типах цифровых сетей — PSTN, Integrated Services Digital Network (ISDN), Public Land Mobile Network (PLMN) и IN. Она стала непременным условием реализации интеллектуальных и сотовых сетей в стандарте GSM: например, необходима для роуминга в сетях GSM операторов мобильной связи (PLMN). Посредством SS7 взаимодействуют цифровые сети PSTN, ISDN, PLMN и IN. Если в сети SS7 базовыми протоколами являются MTP и SCCP, то в соответствующих цифровых сетях применяются прикладные протоколы: INAP в IN, ISUP в ISDN, TUP в PSTN, MAP в PLMN [5, 6, 9].

В сотовых сетях коммутационные центры подвижной связи (Mobile Switching Center, MSC), реализующие функции установления соединений между мобильными абонентами и абонентами ТфОП, шлюзовые коммутационные центры и базы данных могут функционировать как пункты сигнализации в сети SS7 .Тем самым обеспечивается работа прикладной подсистемы пользователя в сети GSM (MAP), основанной на протоколе ТСАР и применяемой для передачи между сотовыми сетями роуминговой и другой сигнальной информации. MAP позволяет при получении информации из другой сотовой сети активизировать услуги «родной» сотовой сети абонента для сообщения о результатах. Наряду с роумингом, с помощью МАР реализуются дополнительные виды обслуживания, получение информации о тарификации, сохранение абонентских данных в гостевых и основных регистрах местоположения (HLR) и др.

Интеграции и созданию мультисервисных сетей способствует развертывание сетей связи следующего поколения (2,5G, 3G). Растущий спрос на сервис передачи голоса и данных в мобильных коммуникациях заставляет искать более эффективные и экономичные способы передачи стремительно растущего трафика данных. Сети третьего поколения (3G) должны обеспечить переход от ориентированных на передачу голоса сетей с коммутацией каналов к мультимедийным пакетным сетям передачи голоса, данных и видео.

В сетях GSM реализуется услуга двунаправленной сеансной передачи данных (Unstructured Supplementary Service Data, USSD), благодаря которой пользователи и приложения могут обмениваться информацией через сеть SS7 при достаточно высокой скорости взаимодействия. Такие быстроразвивающиеся приложения требуют применения масштабируемых, экономичных решений, способных разгрузить сигнальную сеть от трафика, создаваемого операторами мобильных сетей. Один из возможных вариантов — передача сигнальной информации поверх протокола IP.

 
IP как универсальный транспорт

Современные технологии позволяют объединить два подхода и перейти от конкуренции сетей IP и сетей с коммутацией каналов к дальнейшему развитию транспортных сетей без их серьезной модернизации, что служит аргументом в пользу концепции «все по IP». Одно из достоинств технологии IP заключается в том, что с помощью тех же ресурсов она позволяет создать большое число услуг. В настоящее время именно IP претендует на роль основы сети будущего, хотя со временем может появиться и более удачное решение. В то же время существует и ряд проблем: гарантированное качество сервиса и время доставки, организация широкополосных каналов и др. — однако они достаточно успешно решаются. Протокол IP помогает обеспечить максимально гибкое управление трафиком клиента [5, 6, 9]. .

Применение стека протоколов TCP/IP, распространение Internet и совершенствование локальных сетей Ethernet (повышение скорости и дальности коммуникаций) создают предпосылки для разработки стандартов пакетной передачи различной информации поверх IP. Для многих приложений сети IP стали более дешевым транспортом, чем ATM или frame relay.

Разработанные специалистами по пакетным сетям протоколы и спецификации позволяют стандартизировать данный процесс и сделать его максимально открытым.

В последние года компании-производители вкладывают немалые средства в разработку конвергентных решений. Lucent Technologies, Siemens, Nortel, Cisco Systems, RAD и ряд других производителей предпринимают усилия по созданию более эффективных коммуникационных систем за счет объединения традиционных сетей с коммутацией каналов и сетей с коммутацией пакетов.

 
Передача SS7 поверх IP

За последние несколько лет в разработках решений для переноса трафика из сигнальных сетей SS7 в сети IP с помощью передачи SS7 поверх IP (SS7-over-IP, SS7oIP) достигнут заметный прогресс. Необходимость решения этой задачи, наряду с требованиями интеграции сетей, обусловлена растущей нагрузкой на телефонные сети и желанием сократить расходы на голосовой трафик. Хотя по сравнению с трафиком передачи данных объемы его растут не столь стремительно, ресурсы телефонной сети активно используются в связи с развитием сотовой связи и задействуются для передачи данных. Новые виды сервиса и доступ к Internet по коммутируемой телефонной сети значительно увеличивают нагрузку на телефонные линии, что снижает качество работы устаревшего оборудования. В результате растет нагрузка и на сети сигнализации, поскольку они составляют основу для предоставления дополнительных услуг [5, 6, 8].

Передача сигнализации SS7 по сетям IP — экономичный вариант, разгружающий сигнальную сеть. Для этого «сигнальные сообщения» SS7 (signal unit, SU) инкапсулируются в пакеты TCP, эмулируются каналы SS7 и механизмы управления ими. По мнению специалистов компаний Cisco Systems и Agilent Technologies, в настоящее время SS7oIP — это зрелая, основанная на стандартах технология, эффективность которой приближается к трафику SS7 в унаследованных сетях. С другой стороны, хотя реализация протоколов SS7oIP помогает решить проблему увеличения сигнальной нагрузки в сетях связи, доля этой нагрузки в общем объеме трафика относительно невелика.

Популярность SS7oIP среди поставщиков услуг подкрепляется возможностью увеличения прибыли за счет предоставления новых услуг и сокращения расходов на трафик SS7 путем его переноса в сети IP. Еще одно преимущество перехода на SS7oIP — быстрое развертывание операторами сотовых сетей сервиса «мобильного Internet» при эффективном взаимодействии с унаследованной инфраструктурой. Подобные приложения — также неплохой источник дополнительных прибылей.

Наряду с возможностью увеличения пропускной способности сигнальных каналов, передача протокола SS7 по сетям IP может принести существенное преимущество в тех случаях, когда строятся удаленно управляемые с помощью «привратников» (gatekeeper) или программных коммутаторов сети IP-телефонии. Причем, поскольку предполагается, что сама голосовая нагрузка будет передаваться по сети IP, нецелесообразно использование для передачи сигнального трафика отдельного канала, задействующего другую технологию, например, TDM. В этом случае сигнальную информацию удобно передавать по тому же каналу. Возможность передачи SS7 по IP предоставляет еще один способ транспортировки данного сигнального протокола.

Что касается недостатков, то не стоит забывать о таких особенностях передачи информации по протоколу IP, как возможность неконтролируемых задержек, отсутствие достаточного контроля за качеством передачи, не всегда эффективное использование пропускной способности канала по сравнению с альтернативными технологиями пакетной передачи данных.

 
Коммутаторы и шлюзы SS7

Производители активного сетевого и телефонного оборудования по-разному решают задачи построения мультисервисных сетей, передачи голоса и данных. В многообразии вариантов построения сетей связи достаточно трудно найти оптимальный по цене и качеству услуг вариант. Предлагаемые решения определяются, в частности, требованиями заказчиков. Для интеграции сетей предлагаются коммутаторы и медиашлюзы (Media Gateway, MG) с поддержкой SS7. Шлюзы SS7, состоящие из контроллера шлюза физического уровня (Media Gateway Controller, MGC) и шлюза сигнализации (Signaling Gateway, SG), обеспечивают сопряжение IP и SS7, упрощают создание единой сетевой многопротокольной среды [5, 6, 8].

Шлюзы IP-телефонии с поддержкой SS7 могут обращаться к базам данных телефонной сети и, таким образом, предоставлять пользователям услуги IN (запрашивая у телефонной сети соответствующий сервис). Управляющие работой медиашлюзов контроллеры получают сигнальную информацию из пакетных и телефонных сетей и обрабатывают её. В сети IP эта информация передается поверх IP (например, по протоколам SIP или Н.323). 

 

11 Лекция. Сигнализация DSS1

 

Цель лекции: ознакомить магистрантов с принципами сигнализации DSS1.

Содержание:

- протокол DSS-1: физический уровень и уровень звена данных;

- архитектура протокола DSS-1.

 

Протокол DSS-1: физический уровень и уровень звена данных

Разработанный ITU-T протокол цифровой абонентской сигнализации

№1 (DSS-1 — Digital Subscriber Signaling 1) между пользователем ISDN и сетью ориентирован на передачу сигнальных сообщений через интерфейс «пользователь—сеть» по D-каналу этого интерфейса. Международный союз электросвязи (ITU-T) определяет канал D в двух вариантах [5, 6]:

а) канал 16 Кбит/с, используемый для управления соединениями по двум В-каналам;

б) канал 64 Кбит/с, используемый для управления соединениями по нескольким (до 30) В-каналам .

Концепции общеканальной сигнализации протоколов DSS-1 и ОКС№7 весьма близки, но эти две системы были специфицированы в разное время и разными Исследовательскими комиссиями ITU-T, а потому используют различную терминологию. Тем не менее, некоторые пояснения в отношении сходства концепций и различий в терминах DSS-1 и ОКС№7 представляются полезными. Функции D-канала сходны с функциями звена сигнализации ОКС№7. Информационные блоки в D-канале, называемые кадрами, аналогичны сигнальным единицам (SU) в системе ОКС№7.

 

Архитектура протокола DSS-1

Архитектура протокола DSS-1 разработана на основе семиуровневой модели взаимодействия открытых систем (модели OSI) и соответствует ее первым трем уровням. В контексте этой модели пользователь и сеть именуются системами, а протокол, как это имело место, например, для ОКС№7 определяется спецификациями: процедур взаимодействия между одними и теми же уровнями в разных системах, определяющих логическую последовательность событий и потоков сообщений; форматов сообщений, используемых  для процедур организации логических  соединений между уровнем в одной системе и соответствующим ему уровнем в другой системе. Форматы определяют общую структуру сообщений и кодирование полей в составе сообщений; примитивов, описывающих обмен информацией между смежными уровнями одной системы. Благодаря спецификациям примитивов, интерфейс между смежными уровнями может поддерживаться стабильно, даже если функции, выполняемые одним из уровней, изменяются.

Далее рассмотрим DSS-1 в терминах процедур, форматов сообщений и примитивов.

Уровень 1 (физический уровень) протокола DSS-1 содержит функции формирования каналов В и D, определяет электрические, функциональные, механические и процедурные характеристики доступа и предоставляет физическое соединение для передачи сообщений, создаваемых уровнями 2 и 3 канала D.

Уровень 2 звена, известный также под названием LAPD (link access protocol for D-channels), обеспечивает использование D-канала для двустороннего обмена данными при взаимодействии процессов в терминальном оборудовании ТЕ с процессами в сетевом окончании NT. Протоколы уровня 2 предусматривают мультиплексирование и цикловую синхронизацию для каждого логического звена связи, поскольку уровень 2 обеспечивает управление сразу несколькими соединениями звена данных в канале D. Формат сигналов уровня 2 - это кадр. Кадр начинается и заканчивается стандартным флагом и содержит в адресном поле два важнейших идентификатора — идентификатор точки доступа к услугам (SAPI) и идентификатор терминала (TEI).

SAPI используется для идентификации типов услуг, предоставляемых уровню 3, и может иметь значения от 0 до 63. Значение SAPI=0, например, используется для идентификации кадра, который применяется для сигнализации. Возможные значения SAPI будут рассмотрены в этой главе позднее.

TEI используется для идентификации процесса, обеспечивающего предоставление услуги связи определенному терминалу. TEI может иметь любое значение от 0 до 126, позволяя идентифицировать до 127 различных процессов в терминалах ТЕ. В базовом доступе эти процессы могут распределяться между 8 терминалами, подключенными к общей пассивной шине. Значение ТЕI=127 используется для идентификации вещательного режима (информация для всех терминалов).

Для уровня звена данных определены две формы передачи информации: с подтверждением и без подтверждения. При неподтверждаемой передаче информация уровня 3 переносится в ненумерованных кадрах, причем уровень 2 не обеспечивает подтверждение получения этих кадров и сохранение очередности их следования.

Уровень 3 (сетевой уровень) предполагает использование следующих протоколов: протокол сигнализации, определенный в рекомендации или Q.93.

Протокол сигнализации Q.931 (уровень 3) определяет смысл и содержание сигнальных сообщений и логическую последовательность событий, происходящих при создании, в процессе существования и при разрушении соединений. Функции уровня 3 обеспечивают управление базовым соединением и дополнительными услугами, а также некоторые дополнительные к уровню 2 транспортные возможности. Примером таких дополнительных транспортных возможностей является опция перенаправления сигнальных сообщений на альтернативный D-канал (если это предусмотрено) в случае отказа основного D-канала.

 

 

12 Лекция. Принципы протокола SIP. Адресация протокола

 

Цель лекции: изучение магистрантами протокола SIP.

Содержание:

-          SIP - протокол инициирования сеансов связи;

-          протокол SIP, принципы, адресация.

 

 

Протокол SIP

SIP (Session Initiation Protocol) - Протокол инициирования сеансов связи это текст-ориентированный протокол прикладного уровня и предназначен для организации, модификации и завершения различных сеансов связи, в том числе мультимедийных. Мультимедийные сеансы включают в себя мультимедийные конференции, Интернет-телефонию и другие аналогичные приложения. SIP - это протокол сигнализации, определяющий установление, контроль и прекращение сеансов связи в IP-сети. SIP является одним из ключевых протоколов, используемых для реализации передачи речи по сетям IP (Voice over IP - VoIP) [6, 7, 8, 10].

Принципы протокола SIP:

-          предоставление услуг в независимости от местоположения пользователя, т. е. персональная мобильность пользователей;

-          определение готовности пользователей участвовать в сеансе связи;

-          масштабируемость сети, построенной на базе протокола SIP;

-          взаимодействие с другими протоколами сигнализации H 323, MGCP, MEGACO/H 248, DSS1, ОКС7;

-          расширяемость протокола SIP, характеризуемая возможностью дополнять протокол функциями поддержки новых услуг и его адаптации к работе с различными приложениями.

Адресация SIP: SIP использует в качестве адресов специальные универсальные указатели ресурсов URL (Univercal Resource Locators), называемые SIP URL.

SIP-адреса бывают четырех типов:

-          имя@домен;

-          имя@хост,;

-          имя@IP-адрес;

-          №телефона@шлюз.

Адрес состоит из двух частей. Первая часть – это имя пользователя, зарегистрированного в домене или на рабочей станции. Если вторая часть адреса идентифицирует какой-либо шлюз, то в первой указывается телефонный номер абонента. Во второй части адреса указывается имя домена, рабочей станции или шлюза. Для определения IP-адреса устройства необходимо обратиться к службе доменных имен - Domain Name Service (DNS). Если же во второй части SIP-адреса размещается IP-адрес, то с рабочей станцией можно связаться напрямую.

В начале SIP адреса ставится слово ’sip:’, указывающее, что это именно SIP-адрес, т.к. бывают и другие (например, ‘tel:’). Примеры SIP-адресов:

sip: Alexander@niits.ru

sip: user1@192.168.0.215

sip: 387-75-47@sip-gateway.ru 

 

Архитектура SIP

Для организации сеанса связи с помощью протокола SIP, используется архитектура клиент-сервер, см. рисунок 12.1[6, 7, 8, 10].

Установление сеанса связи включает в себя пять этапов:

-          определение местоположения пользователя (user location);

-          определение готовности пользователя (User availability);

-          определение функциональных возможностей пользователей (User

 

 

 

 

Рисунок 12.1 – Архитектура "Клиент-Сервер"

 

capabilities), определяется тип информации которой они могут обмениваться;

-          установление сеанса связи (Session setup), определяются параметры сеанса связи вызываемой и вызывающей сторон;

-          управление сеансом связи (Session management), включая поддержание и завершение.

Согласно протоколу SIP на сети должны быть 4 функциональных элемента:

-          терминалы SIP (User Agents)– агенты пользователей;

-          прокси-серверы обеспечивают обработку запросов (Proxy Servers), поступающих от терминалов клиентов, с целью предоставления услуг связи;

-          серверы перенаправления (Redirect servers), определяют текущий IP-адрес терминала вызываемого пользователя;

-          серверы регистрации местоположения пользователей (Registrars или Location servers), позволяют клиентам регистрировать своё местоположение  для предоставления услуг.

Структура сообщений протокола SIP, см. рисунок 12.2. Все сообщения протокола SIP – запросы и ответы – представляют собой последовательности текстовых строк.

 

 

Рисунок 12.2 - Структура сообщения протокола SIP

 

Стартовая строка представляет собой начальную строку любого SIP-

сообщения. Если сообщение является запросом, в этой строке указывается тип запроса, адресат и номер версии протокола. Если сообщение является ответом на запрос, в стартовой строке указывается номер версии протокола, тип ответа и его короткая расшифровка, предназначенная только для пользователя.

Заголовки сообщений служат для передачи информация об отправителе, адресате, пути следования и других сведений, т.е. переносят необходимую для обслуживания данного сообщения информацию. О типе заголовка можно узнать из его имени. Сообщения  протокола SIP могут содержать так называемое тело сообщения. В запросах ACK, INVITE и OPTIONS тело сообщения содержит описание сеансов связи, например, в формате протокола SDP, а запрос BYE не содержит тело сообщения.

Команды SIP – запросы, предназначены широкого круга задач при предоставлении базовых и дополнительных услуг.

Типы запросов: INVITE, АСК, CANCEL, BYE, REGISTER, OPTIONS.

Ответы SIP посылаются на полученный запрос. Ответы подтверждают установление соединения, передают запрашиваемую информацию, сообщения о неисправностях и т.д. 

 

13 Лекция. Стандарт Н323. Архитектура Н323. Стек протоколов Н323. Приложения, преимущества и недостатки

 

Цель лекции: ознакомить студентов о главных особенностях стандарта Н323.

Содержание:

- различия между компьютерной телефонией и VoIP;

- рекомендации МСЭ-Т  Н323.

 

Различия между компьютерной телефонией и VoIP

"IP-телефония” (IPT) - это технология передачи голоса в реальном времени по сетям передачи данных с коммутацией пакетов, в частности, по IP-сетям [6, 7, 8].

“Компьютерная Телефония” (КТ) - технология для сопряжения компьютеров с телефонными сетями с целью интеллектуального управления телефонными соединениями, предоставления доступа к информации по телефону и для других подобных задач. В ней используются платы расширения к компьютерам, представляющие собой интерфейс к телефонным сетям. При этом в качестве “телефонной сети”, к которой подключаются платы КТ, может быть и сеть IP-телефонии. Для систем КТ непринципиально, к каким телефонным сетям подключаться к традиционным, с коммутацией каналов, или IPT с коммутацией пакетов, или и к тем и другим.

Долгое время шлюз IPT представлял собой подключенный к IP-сети персональный компьютер с установленными платами КТ, соединенными с телефонными линиями. Тогда IP-телефония была лишь одним из многочисленных приложений КТ. Но со временем появились аппаратные шлюзы, и теперь в инфраструктуре IPT вообще может не быть шлюзов на базе персональных компьютеров. Таким образом, произошло окончательное разделение понятий IPT и КТ.

Итак, термин “IP-телефония” говорит о физической природе передаваемого голоса (в виде IP пакетов), а термин “Компьютерная Телефония” говорит о способе предоставления различного рода сервиса в различных телефонных сетях, в том числе, и сетях IPT.

 

Рекомендации МСЭ-Т Н.323

Н.323 – стандарт, описывающий современные методы передачи аудио, видео и данных в реальном времени по сетям с коммутацией пакетов. H.323 может применяться для различных типов задач, таких как: только аудио данные (IP телефония), аудио и видео (видеотелефония) и так далее... Так же этот стандарт может применяться для организации конференций. Другими словами, Н.323 обладает таким огромным количеством функций и сервисов, что возможно его применение в различных типах приложений -  потребительских, бизнес и развлекательных.

 

Версии H.323

H.323 разрабатывается Исследовательской группой №16 комитета МСЭ–T. Данную разработку нельзя считать стандартом, это рекомендация МСЭ–T [6, 7, 8].

Версия 1 рекомендации – телефонные системы и оборудование для локальных сетей (ЛС) с не гарантированным качеством сервиса - была принята в 1996 году. В данной разработке не было уделено внимания проблемам качества, и работало это только в локальных сетях, тогда ещё никто не помышлял о передаче такого рода данных по глобальным сетям.

Но к 1998 году стало ясно, что данный стандарт не описывает пункты, необходимые современным голосовым приложениям, и в январе 1998 была разработана Версия 2 – пакетная мультимедийная коммуникационная система. Версия 1 не описывала стандарты на совместимость со стандартными телефонными сетями, Версия 2 была более корректна к данной проблеме.

В скором времени появляется Версия 3 H.323 рекомендации, в которую были добавлены новые возможности, такие как: факс по сетям с пакетной коммутации (fax-over-packet networks), гейткипер-гейткипер (gatekeeper) взаимодействие, и также описана процедура быстрого соединения (fast-connection mechanism).

 

Другие рекомендации семейства H.32x

Рекомендации H.323 - часть семейства стандартов H.32x. Другие рекомендации данного семейства описывают мультимедиа соединения  по различным типам сетей:

1)      H.324 - по сетям с коммутацией каналов  (SCN - switched circuit network);

2)      H.320 - по интегрированным цифровым сетям (ISDN - integrated services digital networks);

3)      H.321 и H.310 - по интегрированным цифровым сетям  с широковещательной передачей (B–ISDN - broadband integrated services digital networks);

4)      H.322 - по локальным сетям с гарантированным качеством сервиса (guaranteed QoS).

Одна из отличительных особенностей Н.323 стэка – совместимость с другими типами мультимедиа сетей.

 

Взаимодействие с другими типами мультимедиа сетей

H.323 стандарт описывает 4 основных типа компонент, взаимодействие которых  позволяет обеспечивать основные сервисы в мультимедиа сетях:

1)      терминалы (terminals);

2)      шлюзы (gateways);

3)      гейткиперы (gatekeepers);

4)      MCUs (multipoint control units).

Терминалы

Терминалы используются для двухсторонних мультимедиа соединений в режиме реального времени, это может быть простой ПК или отдельное устройство с запущенным Н.323 приложением. Базовой функцией Н.323 устройства является передача аудио трафика,  поэтому на волне развития IP-телефонии они и получили столь широкое распространение.

Шлюзы

Основная задача шлюза - это объединение различных типов сетей, например, ТфОП и IP-сети. Задача шлюза - преобразовать один протокол в другой для установления сессии и разрыва, конвертация из одного формата в другой (перекодировка голоса из аналоговой линии в цифровое соединение)  и передача информации между этими сетями. Однако шлюзу необязательно уметь обеспечивать соединение между 2-мя терминалами в Н.323 сети. 

Гейткиперы

Гейткипер можно назвать мозгом всей Н.323 сети, это "точка сбора" всех звонков в нашей сети. Но следует отметить, что гейткипер вовсе не обязателен. Он выполняет следующие функции: адресация, авторизация шлюзов и терминалов, управление полосой пропускания, биллингом и т.д. 

MCUs

MCUs обеспечивает конференции между пользовательскими устройствами. Любой терминал для начала конференции обращается к MCUs. MCUs "договаривается" с другими участника конференции о аудио и видео кодеках (CODEC - coder/decoder), а так же может управлять потоком данных.

В принципе, гейткиперы, шлюзы и MCUs - это логически разделённые устройства, которые могут быть имплементированы в виде одного физического устройства. Но зачастую шлюзы стараются выделить в виде отдельного устройства, так как не всем требуется мощность гейткипера. 

 

Компоненты зоны H.323

Н.323 зона - это совокупность терминалов, шлюзов и MCU, находящаяся под управлением одного гейткипера. Зона должна содержать по крайней мере один терминал и, возможно, шлюзы или MCU. Зона может содержать несколько сетей, но необязательно, что все терминалы в данных сетях будут находиться в данной зоне. Т.е., зона - это логическое объединение терминалов (шлюзов, MCUs). 

 

14 Лекция. Протокол управления шлюзами MEGACO

 

Цель лекции: изучение магистрантами протокола Megaco/H.248.

Содержание:

-          протокол Megaco/H.248, назначение;

-          основные понятия;

-          модель обслуживания вызовов в протоколе Megaco/H.248;

-          команды протокола Megaco/H.248;

-          дескрипторы протокола Megaco/H.248.

 

Протокол управления транспортным шлюзом MEGACO/H.248

Протокол управления транспортным шлюзом Megaco/H.248 является дальнейшим развитием протокола MGCP и ряда других разработок как IETF, так и ITU-T [6, 7, 8, 10].

Для переноса сигнальных сообщений Megaco/H.248 могут использоваться следующие транспортные протоколы: UDP, TCP, SCTP (Stream Control Transport Protocol) и технология ATM. Поддержка протокола UDP является обязательным требованием для контроллера шлюзов MGC. Протокол TCP должен поддерживаться как контроллером, так и шлюзом. Поддержка протокола SCTP и технологии ATM для обоих устройств необязательна.

Сообщения протокола Megaco/H.248 могут кодироваться двумя способами. Комитетом IETF предложен текстовый способ кодирования сигнальной информации, причем для описания сеансов связи используется протокол SDP.  Кодирование текста пишется в соответствии с формами Бэкуса-Наура ABNF (Augmented Backus-Naur Form). ITU-Т предусматривает бинарный способ представления сигнальной информации по спецификациям абстрактного синтаксиса ASN.1 (Abstract Syntax Notation One), а для описания сеансов связи рекомендует специальный инструмент формата Tag-Length-Value (TLV). Softswitch должен поддерживать оба способа кодирования, а шлюз MG - только один из них.

Протокол Megaco/H.248 является внутренним протоколом, который работает между функциональными блоками распределенного шлюза, а именно между Softswitch и MG. Принцип действия этого протокола - master/slave, то есть, ведущий/ведомый. Устройство управления Softswitch является ведущим, а транспортный шлюз MG - ведомым, который выполняет команды, поступающие к нему от устройства управления.

 

Модель процесса обслуживания вызова

При описании алгоритма установления соединения с использованием

протокола Megaco/H.248 комитет IETF опирается на специальную модель процесса обслуживания вызова, отличную от модели MGCP. Протокол MEGACO оперирует с двумя логическими объектами: порт (termination) и контекст (context).

Окончания (terminations) - порты являются источниками и приемниками медиаинформации, и логическими объектами транспортного шлюза. Определено два вида портов: физические и виртуальные.

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.

Виртуальные порты, существующие только в течение разговорного сеанса, являются портами со стороны IP сети (RTP-порты), через которые ведутся передача и прием пакетов RTP. Виртуальные порты создаются шлюзом при получении от Softswitch команды Add и ликвидируются при получении команды Subtract, тогда как физические порты при получении команды Add или Subtract, соответственно, выводятся из нулевого контекста или возвращаются обратно в нулевой контекст.

Порт имеет уникальный идентификатор (TerminationID), который назначается шлюзом при конфигурации порта. Например, идентификатором порта может служить номер тракта Е1 и номер временного канала внутри тракта. Иногда команды могут относиться ко всему шлюзу, тогда используется специальный идентификатор порта (TerminationID) - «Root».

Порты обладают рядом свойств (properties), каждое из которых имеет уникальный идентификатор (propertylD). Например, порты могут обладать свойствами генерировать речевые подсказки, акустические и вызывные сигналы, а также детектировать сигналы DTMF.

Контекст (context) - 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, абстрактным представлением свободного (не занятого) канала в модели процесса обслуживания вызова является порт в нулевом контексте.

В общем случае для присоединения порта к контексту служит команда Add. При этом, если контроллер не специфицирует существующий контекст, к которому должен быть добавлен порт, то шлюз создает новый контекст. Если шлюз поддерживает конференцию, то контекст определяет топологию связей между портами, участвующими в конференции, то есть возможные направления потоков информации для каждой пары портов.

Атрибутами контекста являются: идентификатор контекста ContextID, топология контекста (кто кому передает и от кого принимает информацию), приоритет (один из 16 уровней), индикатор "аварийного вызова" (высший приоритет в обслуживании). Протокол имеет средства, чтобы управлять параметрами контекста.

 

Дескрипторы Megaco/H.248

При создании портов некоторые свойства присваиваются им по умолчанию. При помощи протокола Megaco/H.248 контроллер может изменять свойства портов шлюза. Свойства портов группируются в дескрипторы, которые включаются в команды и ответы управления портами.

Megaco/H.248 определяет ряд дескрипторов, предназначенных для использования вместе с командами и ответами. Эти дескрипторы образуют параметры команды и/или ответа и содержат дополнительную информацию об из свойствах. В зависимости от команды или ответа тот или иной дескриптор бывает обязательным, опциональным или запрещенным.

Общий формат дескриптора такой:

Descriptorname=<someID>{parm=value, parm=value, …}

 

Структура сообщения Megaco/H.248

Несколько транзакций протокола могут помещаться в сообщение. Сообщение снабжается заголовком идентифицирующим отправителя. Идентификатором сообщения - MID Message Identifier -  служит назначенное имя объекта, передающего сообщение, по умолчанию используется доменовое имя. Объекты протокола шлюзы и Softswitch должны использовать один и тот же MID во всех создаваемых ими сообщениях в течении всего времени взаимодействия между ними. Кроме того каждое сообщение содержит номер версии протокола, создавшего сообщение. Структура сообщения Megaco/H.248 представлено на рисунке 14.1.

 

Наборы сигналов и событий в Megaco/H.248

Шлюзы разных типов могут использовать порты с сильно отличающимися характеристиками. Чтобы обеспечить возможность взаимодействия шлюзов с гибким коммутатором, протокол Megaco/H.248 определяет типовые наборы (packages) характеристик, сигналов и событий для Softswitch и шлюзов разных типов. Softswitch может запросить у шлюза сведения , необходимые, чтобы знать, с какими из таких наборов он может работать. Определяемые в наборе характеристики, события, сигналы или

 

Рисунок 14.1 - Структура сообщения Megaco/H.248

 

статистические данные, а также их параметры снабжаются идентификаторами. Типовой набор характеризуется базовым описанием, свойствами, предусматриваемые событиями, поддерживаемыми сигналами, предоставляемыми статистическими данными, годными для интерпретации и анализа, любыми процедурами, относящимися к надлежащей поддержке набора. Пример типового набора приведен на рисунке 14.2.

Рисунок 14.2 - Примеры типовых наборов Megaco/H.248

15 Лекция. Протоколы IP телефонии. Набор рекомендаций Н323

 

Цель лекции: изучение магистрантами разновидностей протокола H.323.

Содержание:

-          протокол H.323, назначение;

-          основные понятия;

-   протокол RAS;

-  сигнальный канал Н.225.0;

- управляющий канал Н.245.

 

Семейство протоколов Н.323

Семейство протоколов Н.323 включает в себя три основных протокола:

протокол взаимодействия оконечного оборудования с привратником - RAS, протокол управления соединениями - Н.225 и протокол управления логическими каналами - Н.245 [6, 7, 8, 10].

Эти три протокола, совместно с Интернет - протоколами TCP/IP, UDP, RTP и RTCP, представлены в таблице 15.1. Суть изображенной на этом

 

Таблица 15.1 - Семейство протоколов Н.323

Гарантированная доставка информации по протоколу TCP

Негарантированная доставка информации по протоколу UDP

Н.245

Н.225

Потоки речи и видеоинформации

Управление соединением (Q.931)

RAS

RTCP

RTP

TCP

UDP

IP

Канальный уровень

Физический уровень

 

рисунке иерархии заключается в следующем. Для переноса сигнальных сообщений Н.225 и управляющих сообщений Н.245 используется протокол с уcтановлением соединения и с гарантированной доставкой информации - TCP. Сигнальные сообщения RAS переносятся протоколом с негарантированной доставкой информации - UDP. Для переноса речевой и видеоинформации используется протокол передачи информации в реальном времени - RTP. Контроль переноса пользовательской информации производится протоколом RTCP.

 

Протокол RAS

Международный союз электросвязи в рекомендации Н.225.0 определил протокол взаимодействия рассмотренных в предыдущей главе компонентов

сети Н.323: оконечного оборудования (терминалов, шлюзов, устройств управления конференциями) с привратником. Этот протокол получил название RAS (Registration, Admission and Status) [6, 7, 8, 10]..

Основными процедурами, выполняемыми оконечным оборудованием и привратником с помощью протокола RAS, являются:

1)      обнаружение привратника;

2)      регистрация оконечного оборудования у привратника;

3)      контроль доступа оконечного оборудования к сетевым ресурсам;

4)      определение местоположения оконечного оборудования в сети;

5)      изменение полосы пропускания в процессе обслуживания вызова;

6)      опрос и индикация текущего состояния оконечного оборудования;

7)      оповещение привратника об освобождении полосы пропускания, ранее занимавшейся оборудованием.

Выполнение первых трех процедур, предусмотренных протоколом RAS, является начальной фазой установления соединения с использованием сигнализации Н.323. Далее следуют фаза сигнализации Н.225.0 (Q.931) и обмен управляющими сообщениями Н.245. Разъединение происходит в обратной последовательности: в первую очередь закрывается управляющий канал Н.245 и сигнальный канал Н.225.0, после чего по каналу RAS привратник оповещается об освобождении ранее занимавшейся оконечным оборудованием полосы пропускания.

Для переноса сообщений протокола RAS используется протокол негарантированной доставки информации UDP. В связи с этим ITU-T рекомендовал передавать повторно те сообщения RAS, получение которых не было подтверждено в течение установленного промежутка времени. Оконечное оборудование или привратник, не имеющие возможности в текущий момент времени ответить на полученный запрос, могут передавать сообщение RIP (Request in Progress) для индикации того, что запрос находится в стадии обработки. При приеме сообщения RIP привратник и оконечное оборудование должны перезапустить свои таймеры.

Важно отметить, что в сети без привратника сигнальный канал RAS вообще не используется.

 

Сигнальный канал Н.225.0

Процедуры управления соединениями в сетях Н.323 специфицированы Международным союзом электросвязи в рекомендации Н.225.0. Данные процедуры предусматривают использование в базовом процессе обслуживания вызова ряда сигнальных сообщений Q.931, причем должен быть реализован симметричный обмен сигнальными сообщениями в соответствии с приложением D к рекомендации Q.931. Это требование не распространяется на взаимодействие шлюза с сетью коммутации каналов.

Для реализации дополнительных услуг в соответствии с рекомендацией Н.450 в сетях, построенных по рекомендации Н.323, привлекаются сигнальные сообщения Q.932 [6, 7, 8, 10].

Сообщение Setup передается вызывающим оборудованием с целью установить соединение.

Сообщение Call Proceeding передается вызывающему оборудованию, чтобы известить его о том, что вызов принят к обслуживанию.

Сообщение Alerting передается вызывающему оборудованию и информирует его о том, что вызываемое оборудование не занято, и что пользователю подается сигнал о входящем вызове.

Сообщение Connect передается вызывающему оборудованию и информирует его о том, что вызываемый пользователь принял входящий вызов. Сообщение Connect может содержать транспортный адрес управляющего канала Н.245.

Сообщение Release Complete передается вызывающим или вызываемым оборудованием с целью завершить соединение. Это сообщение передается только в том случае, когда открыт сигнальный канал.

Сообщение Q.932 Facility используется для обращения к дополнительным услугам в соответствии с Рекомендациями ITU H.450.X.

Транспортировку сигнальных сообщений обеспечивает протокол с установлением соединения и с гарантированной доставкой информации -Transport Control Protocol (TCP). В соответствии с первой и второй версиями рекомендации Н.323 для каждого нового вызова открывается отдельный сигнальный канал. Начиная с третьей версии рекомендации Н.323, один сигнальный канал Н.225.0 может переносить сообщения, относящиеся к разным вызовам и имеющие разные метки соединения (call reference). Наличие такой возможности позволяет значительно уменьшить время установления соединения с участием шлюзов и объем передаваемой служебной информации.

В сетях, не имеющих привратника, открывается сигнальный канал Н.225.0, непосредственно связывающий вызывающее оконечное оборудование с вызываемым. В этом случае вызывающий пользователь должен знать транспортный адрес сигнального канала (Call Signalling Transport Address) оборудования вызываемого пользователя.

В сетях с привратником вызывающее оборудование передает по транспортному адресу канала RAS привратника сообщение ARQ с указанием alias-адреса вызываемого пользователя. Если же сигнальный канал будет устанавливаться непосредственно между вызывающим и вызываемым оборудованием (Direct Endpoint Call Signalling), то передается транспортный адрес сигнального канала вызываемого оборудования. Выбор варианта передачи сигнальных сообщений оставлен за привратником, хотя оконечное оборудование может указывать, какой вариант для него предпочтителен. И в первом, и во втором случае сигнальный канал Н.225 выполняет одни и те же функции и переносит одни и те же сообщения.

 

Управляющий канал Н.245

В рекомендации ITU-Т Н.245 определен ряд независимых процедур,

которые должны выполняться для управления информационными каналами. К ним относятся процедуры:

1)      определения ведущего и ведомого устройств (Master/slave determination);

2)      обмена данными о функциональных возможностях (Capability Exchange);

3)      открытия и закрытия однонаправленных логических каналов (Logical Channel Signalling);

4)      открытия и закрытия двунаправленных логических каналов (Bidirectional Logical Channel Signalling);

5)      закрытия логических каналов (Close Logical Channel Signalling);

6)      определения задержки, возникающей при передаче информации от источника к приемнику и в обратном направлении (Round Trip Delay Determination);

7)      выбора режима обработки информации (Mode Request);

8)      сигнализации по петле, создаваемой для целей технического обслуживания оборудования (Maintenance Loop Signalling).

Для выполнения вышеуказанных процедур между оконечными устройствами или между оконечным оборудованием и устройством управления конференциями или привратником организуется управляющий канал Н.245. При этом оконечное оборудование должно открывать один (и только один) управляющий канал для каждого соединения, в котором оно участвует. Примечательно, что терминалы. устройства управления конференциями, шлюзы и привратники могут участвовать одновременно в нескольких соединениях и, следовательно, открывать несколько управляющих каналов.

Перенос управляющей информации Н.245 осуществляется протоколом TCP по нулевому логическому каналу, который должен быть постоянно открытым с момента организации канала Н.245 и вплоть до его ликвидации. По управляющему каналу Н.245 передаются сообщения четырех категорий: запросы, ответы, команды и индикации. Получив сообщение-запрос, оборудование должно выполнить определенное действие и немедленно передать обратно сообщение-ответ. Получив сообщение-команду, оборудование также должно выполнить определенное действие, но отвечать на команду не должно. Сообщение-индикация служит для того, чтобы информировать о чем-либо получателя, но не требует от него ни ответа, ни каких бы то ни было действий.

  

16 Лекция. Исследование характера сигнального трафика IP коммуникаций. Подходы к описанию сетевого трафика. Самоподобие сигнального трафика

 

Цель лекции: исследование характера сигнального трафика IP коммуникаций.

Содержание:

-     подходы к описанию сетевого трафика;

-  самоподобие сигнального трафика.

 

В настоящее время проведено множество теоретических и практических исследований, доказывающих наличие эффекта самоподобия в трафике сетей различного вида. Появление первых работ в этой области совпало с началом новой эпохи в телекоммуникациях - появлением IP-телефонии. В настоящее время и теория самоподобия (фракталов), и IP-телефония продолжают бурно развиваться, что подтверждается большим количеством исследований и разработок по этим направлениям. Постепенно фрактальные свойства сетевого трафика становятся основополагающими при исследовании и проектировании сетей с пакетной передачей данных. Свойство самоподобия было найдено в трафике разных уровней модели OSI - транспортного (TCP/UDP/SCTP) и прикладного (FTP, Telnet, HTTP, RTP). Для этих видов трафика разработаны соответствующие методы расчета и прогнозирования нагрузки [9].

В то же время IP-телефония постепенно расширяет свои границы, и сейчас это уже не просто услуга для голосового соединения двух абонентов. Она включает в себя видеовызовы, многоточечные конференции разного типа (видео, аудио, Web), передачу сообщений, документов, контроль доступности абонентов, роуминг и др. В связи с указанными изменениями название "IP-телефония" перестало точно отражать суть предоставляемых услуг, и целесообразно использовать термин "IP-коммуникации" для описания технологии предоставления всех вышеуказанных услуг.

 

Подходы к описанию сетевого трафика

"Классические" методы сетевых расчетов и моделирования, основанные на пуассоновских моделях, предполагали, что все поступившие в исследуемую систему вызовы взаимно независимы и интервалы времени между приходом двух последующих вызовов распределены согласно экспоненциальному закону. В то же время самоподобный трафик обладает медленно убывающей автокорреляционной функцией, плотность распределения вероятности интервалов между моментами прихода двух последовательных вызовов подчиняется степенному закону. Одно из важных свойств самоподобия трафика - сохранение своей структуры в разные масштабы времени. Из-за таких свойств самоподобного трафика традиционные методы расчета характеристик функционирования сетей дают слишком оптимистические результаты и приводят к недооценке реальной нагрузки.

Во всех исследованиях, посвященных изучению трафика IP-коммуникаций, можно выделить два основных подхода к описанию сетевого трафика:

- на уровне вызовов;

- на уровне пакетов.

При использовании первого подхода весь трафик в пакетной сети рассматривается как поток отдельных вызовов, поступающих на исследуемую систему. В данном случае задача исследователей сводится к определению того, насколько трафик IP-коммуникаций отличается от традиционного телефонного трафика и насколько эти отличия (если таковые имеются) изменяют основные параметры, применяемые при расчете и проектировании сетей IP-коммуникаций.

Задача исследования сетевого трафика на уровне вызовов сводится к определению двух его основных характеристик:

1)      вероятностному закону распределения длительностей интервалов между вызовами, поступающими на исследуемую систему;

2)      вероятностному закону распределения длительностей этих вызовов.

Большинство исследователей сходятся во мнении, что первое распределение достаточно точно описывается пуассоновской моделью, однако второе распределение лучше описывается степенными законами, выбор которых зависит от множества различных критериев.

Второй подход к исследованию сетевого трафика основывается на том факте, что, в отличие от традиционной телефонии, в IP-коммуникациях передача любых сообщений осуществляется с помощью технологии коммутации пакетов, это накладывает свои особенности на исследуемые характеристики (изменение нагрузки во времени, размер буферов узлов сети, длины очередей в этих буферах и т.д.). При исследовании трафика IP-коммуникаций на уровне пакетов возможно произвести его декомпозицию для упрощения и конкретизации целей и объектов исследования. Весь трафик IP-коммуникаций на уровне пакетов можно разделить на две основные составляющие:

1)      сигнальный трафик - трафик сигнальных сообщений, передаваемых для установления, изменения и разрушения сеанса связи между узлами в пакетной сети;

2)      медиатрафик - трафик передачи информации пользователей (голосовых сообщений, видеосообщений и данных).

Каждый из этих типов трафика использует свои протоколы передачи и имеет различные требования к качеству обслуживания (Quality of Service -QoS), таким как задержка (delay), джиттер (jitter) и потери пакетов (packet loss).

Например, для передачи медиатрафика реального времени (голосовые и видеосообщения) используются два основных протокола RTP/RTCP (Real-Time Protocol/Real-Time Control Protocol). Такой тип трафика является чувствительным к задержке и джиттеру и не очень чувствителен (в зависимости от используемого алгоритма кодирования речи) к небольшим потерям пакетов.

В имеющихся теоретических исследованиях медиатрафика используются различные предположения относительно распределения, аппроксимирующего RTP-трафик, его свойств и методов моделирования, однако большинство из них сходятся на нескольких выводах:

1)      традиционные модели (Пуассона), применяемые для описания телефонной нагрузки, недостаточно точно описывают медиатрафик;

2)      причинами различий полученных моделей трафика между собой могут быть различные способы реализации механизма определения голосовой активности VAD, размер и тип исследуемой сети IP-коммуникаций, тип протокола сигнализации, дополнительные функции, выполняемые сетью, человеческий фактор и др.;

3)      функция распределения длительности активных и неактивных периодов источников нагрузки (ON/OFF) для RTP-трафика имеет больше степенной характер, нежели экспоненциальный;

4)      агрегированный трафик от множества источников вида ON/OFF обладает самоподобными свойствами.

Сигнальный трафик в IP-коммуникациях может передаваться с  помощью различных протоколов, основные из которых SIP, H.323, MGCP, H.248/MEGA-CO, SIGTRAN и другие. Несмотря на широкое использование вышеуказанных и других протоколов, в последнее время особую популярность приобрел протокол инициации сеансов SIP (Session Initiation Protocol), что объясняет его использование в качестве основного протокола в сетях следующего поколения NGN, стандартизируемых организациями 3GPP (3rd Generation Partnership Project) и ETSI (European Telecommunications Standards Institute). Данный тип сигнализации характеризуется относительно небольшой чувствительностью к параметрам QoS, однако перегрузки в сети могут привести к значительному увеличению времени установления соединения или даже к невозможности его установить.

 

Самоподобие сигнального трафика

Трафик сигнализации IP-коммуникаций в основном исследовался на предмет расчета параметров QoS, таких как средняя задержка установления соединения, вероятность отказа в установлении соединения. Для протокола SIP были разработаны специальные методики расчета таких параметров. Также были разработаны механизмы предотвращения перегрузок в сети сигнализации, однако в их основе лежат простейшие подходы, такие как введение порогов обнаружения перегрузки буфера обработки сообщений, изменение таймеров ретрансляции, наращивание производительности оборудования.

Самоподобие сигнального трафика впервые было найдено в трафике системы сигнализации ОКС №7, который благодаря некоторым своим особенностям очень похож на трафик IP-коммуникаций:

1)      все сообщения сигнализации ОКС №7 передаются в виде пакетов и сообщений, а сама "наложенная" сеть ОКС может рассматриваться как сеть с коммутацией пакетов;

2)      процесс обмена сигнальными сообщениями на различных уровнях стека ОКС № 7 очень похож на соответствующие процессы в различных системах сигнализации IP-коммуникаций (SIP, H.323);

3)      в некоторых случаях требуется передача сообщений протокола ОКС № 7 посетям IP, для чего существуют несколько транспортных протоколов (SIGTRAN, SIP-T).

Следовательно, можно предположить, что некоторые выводы относительно свойств трафика ОКС №7 могут быть применимы и к сигнализации IP-коммуникаций. Если доказать, что трафик протокола SIP является самоподобным, то можно будет разработать эффективные и точные методы обнаружения и предотвращения перегрузок.

Для проверки данной гипотезы авторами было произведено исследование статистических данных о трафике протокола SIP, полученных на сети одного из крупнейших российских операторов IP-телефонии. Узел, на котором собирались данные, в архитектуре протокола SIP представлял собой Full State Proxy/Register/Redirect, то есть SIP-проксисервер, участвующий во всех фазах установления/разрушения вызова (голос, видео, факс), сервер регистрации и сервер переадресации. Также данный узел реализовывал различные дополнительные виды обслуживания (ДВО), как традиционные в сети ISDN (удержание вызова, переадресация, ожидание вызова и др.), так и специфические ДВО для сетей на базе протокола SIP (регистрация одного номера за несколькими устройствами, передачи сообщений и др.). Абоненты, зарегистрированные на сервере, принадлежали как деловому (бизнес) сектору, так и сектору домашних абонентов. В качестве абонентских устройств использовались как обычные аналоговые телефоны, так и цифровые телефоны с функцией передачи видео и текстовых сообщений. Таким образом, сигнальный трафик в сети был разнородным и по своей структуре непохожим на сигнальный трафик в традиционных телефонных сетях.

Список литературы

 

1.       Фокин В. Г. Управление телекоммуникационными сетями: Уч. пособие. - Новосибирск: СибГУТИ, 2001.- 113 с.

2.       Гребешков Ю. А. Стандарты и технологии управления сетями связи. - М.: Эко-Трендз, 2003. - 288 с.

3.       Дымарский Я. С., Крутякова Н.П., Яновский Г.Г. Управление сетями связи: принципы, протоколы, прикладные задачи. - М.: НТЦ «Мобильные телекоммуникации», 2003. - 384 с.

4.       Битнер В.И. Управление сетью электросвязи: Учебное. пособие. - Новосибирск: СибГУТИ, 2001. - 79 с.

5.       Росляков А.В. Общеканальная система сигнализации №7.- М.: ЭКО- Трендз. 2002.-170 с.

6.       Гольдштейн. Б.С. Сигнализация в сетях связи. – М.: Радио и связь, 2000.

7.       Гольдштейн, Б. С. Протокол SIP. Справочник. — СПб.: BHV-Санкт-Петербург, 2005.

8.       Гольдштейн, Б. С. IP телефония. — М.: Радио и связь, 2001. — 336 с.

9.       Туманбаева К.Х. Шкрыгунова.Е.А. Сигнализация в сетях телекоммуникаций. Учебное пособие – Алматы: АИЭС, 2006.

10.   Гольштейн А.Б. Гольштейн Б.С. Softswitch. – Санкт-Петербург, БХВ- Санкт-Петербург – 2006.

 

 

Содержание 

Введение

3

1 Лекция. Основные задачи системы управления связью. Стандарты, протоколы и интерфейсы управления сетями связи

 4

2 Лекция. Общая характеристика стандартов МСЭ-Т. Блок рекомендаций МСЭ-Т по управлению сетями электросвязи содержат рекомендации серий M.Q.X,G,I

  6

3 Лекция. Структура программного обеспечения ТMN. Основные программные модули

 11

4 Лекция. Структура протоколов TCP/IP. Примитивы SNMP. Разновидности протоколов SNMP

 14

5 Лекция. Общие принципы построения сети доступа и системы управления. Управление сетью доступа

 17

6 Лекция. Управление первичной транспортной сетью. Модели транспортных сетей в развитии. Управление сетевыми элементами

 19

7 Лекция. Управление сетью SDH. Управление сетями АТМ. Управление сетью синхронизации. Управление оптической транспортной сетью

 23

8 Лекция. Системы сигнализации в сетях связи. Классификация систем сигнализации. Архитектура SS7

 27

9 Лекция. Форматы сигнальных единиц. Способы обнаружения ошибок в сигнальных единицах

 32

10 Лекция. Прикладная подсистема МАР пользователя мобильной связи стандарта GSM SS7

 38

11 Лекция. Сигнализация DSS1

41

12 Лекция. Принципы протокола SIP. Адресация протокола

43

13 Лекция. Стандарт Н323. Архитектура Н323. Стек протоколов Н323. Приложения, преимущества и недостатки

 46

14 Лекция. Протокол управления шлюзами MEGACO

49

15 Лекция. Протоколы IP телефонии. Набор рекомендаций Н323

53

16 Лекция. Исследование характера сигнального трафика IP коммуникаций. Подходы к описанию сетевого трафика. Самоподобие сигнального трафика

 57

Список литературы

61

Сводный план 2011г., поз 355