Способ соединения абонентов и устройство для его осуществления
METHOD OF SUBSCRIBERS CONNECTION AND DEVICE FOR IMPLEMENTATION THEREOF

Изобретение относится к области телефонной связи, а именно к способам повышения экономической эффективности операторов связи NP (Network Service Provider) при совершении вызовов абонентами и может быть использовано в телефонных сетях с интеллектуальным управлением IN (Intellectual Network), в сетях нового поколения (Next Generation Network), в мобильных сетях (2G, 3G, 4G/LTE) с интеллектуальным управлением CAMEL (Customized Applications for Mobile networks Enhanced Logic), в том числе в сетях IMS (IP Multimedia Subsystem).
На текущем уровне техники архитектура опорной сети CN (Core Network) мобильных сетей (п. 3.2.3 стандарт GPP TS 23.002 Technical Specification) включает два основных домена - сигнальный CS (Circuit Switched Domain) и пакетный PS (Packet Switched Domain), также выделяют уровни именуемые сигнальная и пакетная сеть. Стандарт определил (п. 3.3.1), что к сигнальной сети относится набор объектов, поддерживающих сигнализацию SS7 (ОКС7 - Общий Канал Сигнализации №7 или Signaling System No.7) и обрабатывающихся на стандартизованных узлах - MSC, GMSC, VLR, HLR исторически именуемой сетью с коммутацией каналов. К пакетной сети (п. 3.3.2) стандарт отнес объекты (сетевые пакеты GPRS) с независимой маршрутизацией обрабатывающихся на узлах PDN GW, S-GW, ММЕ, SGSN, традиционно именуемой сетью с коммутацией пакетов.
Отмечается, что стандарт IMS исключает сеть CS Core из архитектуры сети и разделение на части обрабатывающие либо только голосовую информацию, либо только пакетные данные. Архитектура IMS также не поддерживает протокол ISUP (ISDN (Integrated Services Digital Network User Part) установления соединений, и использует SIP (Session Initiation Protocol) протокол для управления сеансами связи. Также отмечается что сигнальные протоколы SS7 наложены на стек протоколов IP (Internet Protocol) и используют его для передачи сообщений. Тем не менее SIP трафик привязан к стандартизованным сетевым узлам сетей сотовой связи и уникальным идентификаторам MSISDN, IMSI, IMEI, которые применяются в сетях сотовой связи и связанны с предоставлением услуг и начислением платы. Таким образом SIP трафик сетей сотовой связи, в том числе архитектуры IMS, привязан географически к международным транзитным коммутаторам ITC (International Telecom Commutator) и связан показателями качества QoS (Quality of Service). Поэтому в контексте заявки участок IN и IMS сети сотовой связи выполняющий установление соединений по протоколам SIP, ISUP определен как сеть с коммутацией каналов.
Традиционные услуги СПРС (Сети Подвижной Радиотелефонной Связи) предоставляются оператором связи через управляемую им сигнальную сеть с коммутацией каналов с гарантированным качеством связи QoS, известную как набор сигнальных протоколов (SIP, ISUP и др.) общеканальной сигнализации №7 ОКС7 (п. 102, ГОСТ Р 53801-2010) SS7 (3GPP TS 28, 29 series).
Разнородные услуги, предоставляемые абоненту средствами пакетной сети, с коммутацией пакетов выполняются без прямого контакта с NP. Такую технологию в сетях сотовой связи принято называть ОТТ (Over the Тор) сервисами.
Сервисы Skype, Viber, Google Talk, Facebook Messenger, WhatApp и др. используют стек протоколов ГР для передачи данных от отправителя к получателю и как известно работают по клиент-серверной или пиринговой архитектуре в сети с коммутацией пакетов. Клиентская часть программного кода этих сервисов, которая выполняется на мобильных телефонах MS/UE (Mobile Station/User Equipment) называется ОТТ приложением.
Для мобильных сетей общеизвестна услуга и процедуры роуминга - предоставление услуг сотовой связи абоненту вне зоны обслуживания «домашней» сети абонента с использованием ресурсов другой (гостевой) сети. В цену, которую абонент платит оператору за предоставление голосовых услуг, обеспечиваемых техническими средствами сигнальной сети с коммутацией каналов, входит стоимость «прохождения» голосового трафика. Голосовой и сигнальный трафик может быть тарифицирован как оператором пропускаемого трафика, так и домашним оператором. Во втором случае домашний оператор возмещает расходы за обслуживание сигнального трафика оператору, пропускающему этот трафик через свою сеть. Если абонент звонит на телефон абонента, находящегося в другой сети, то за прием - «приземление» или «терминацию» этого вызова в другой сети с оператора вызывающего абонента будет взята отдельная плата. Проведение расчетов между операторами требует предварительной взаимной договоренности между ними, а для их выполнения операторы используют процедуру взаиморасчетов ТАР (Transferred Account Procedure).
ОТТ приложения работающие по DP протоколу не требуют выделенного канала для сигнализации, при возникновении неисправности на конкретных узлах D? сети могут изменять маршрут пакетов для обхода неисправных участков. Система сигнализации SS7 и стек сигнальных протоколов, связывает элементы цифровых телекоммуникационных сетей MSC, GMSC, VLR, HLR применяемых для установления соединения в сетях сотовой связи и стандартизованных организациями 3GPP, ITU-T и ETSI. Таким образом сейчас для совершения традиционного голосового вызова «домашнему» абоненту, находящемуся в другой сети, оператор вынужден оплачивать передачу сигнального трафика через цепочку международных узловых коммутаторов MSC - ITC. В то время как за пакетный GPRS/3G/4G/5G трафик, переданный своему абоненту, оператор платит только оператору партнеру по роумингу, в котором находится его абонент и ничего не платит, при использовании абонентом локальных точек подключения Wi-Fi.
Предлагаемый авторами способ соединения абонентов и устройство для его осуществления направлен на устранение этого недостатка за счет исключения затрат на обслуживание сигнального трафика в транзитных и гостевых сетях.
Из патентных источников известна заявка WO 2007089586 описывающая способ межсетевого взаимодействия для комбинирования вызова с коммутацией каналов и мультимедийной IP подсистемы по которому приглашают первого дистанционного пользователя, имеющего независимые функциональные возможности коммутации каналов и коммутации пакетов, присоединиться к сеансу, требующему использовать функциональные возможности, как коммутации каналов, так и коммутации пакетов, устанавливают каналы-носители с коммутацией каналов и с коммутацией пакетов, реагирующие на прием приглашения, принимают данные функциональной возможности коммутации каналов и функциональной возможности коммутации пакетов на шлюзе, объединяют данные коммутации каналов и данные коммутации пакетов для второго удаленного пользователя, сконфигурированного с возможностью принимать объединенные данные.
Недостатком способа авторам представляется необходимость объединения данных сигнальной сети (коммутации каналов) и пакетной сети (коммутации пакетов), что в свою очередь влечет необходимость, во-первых, обоим операторам разворачивать IMS сеть, а обоим абонентам иметь мобильные телефоны (WRTU в терминах заявки) с регистрацией в IMS сети. Во-вторых, способ предусматривает двойное преобразование сигнального трафика в комбинированный и в VoIP трафик. И в-третьих, безотносительно того, что голосовой вызов выполняется по IP сетям, тарификация вызова выполняется в IMS доменах обоих операторов как за традиционный голосовой вызов, т.к. вызов на стороне вызываемого абонента 10 «приземляется» через SIP прокси сервер 20 P-CSCF (Proxy-Call Session Control Function) который функционально также может вести тарификационные записи CDR (Charging Detail Record) для последующих взаиморасчетов по ТАР.
Технической задачей предлагаемого способа соединения абонентов и устройства для его осуществления является существенное снижение затрат оператора сотовой связи NP на совершение вызовов абонентом за счет сокращения выплат операторам партнерам за транзит и «приземление» («терминацию») голосового трафика.
Техническая задача решается за счет способа соединения абонентов в соответствии с которым оператор сотовой связи техническими средствами сети с коммутацией каналов принимает от вызывающего абонента данные для совершения соединения вызываемому абоненту на сетевом узле управления соединениями с коммутацией каналов SSP IN/CAMEL сети или CSCF IMS сети, после чего оператор сотовой связи на сетевом узле, взаимодействующим с сетевым узлом управления соединениями с коммутацией каналов, с мобильным устройством MS/UE вызываемого абонента и с серверным программно-аппаратным сетевым узлом ОТТ приложения вызываемого абонента по сети с коммутацией пакетов, определяет возможность совершения соединения техническими средствами сети с коммутацией пакетов путем выполнения сетевого запроса-ответа на мобильное устройство MS/UE вызываемого абонента по сети с коммутацией пакетов или путем выполнения сетевого запроса-ответа на серверный программно-аппаратный сетевой узел ОТТ приложения вызываемого абонента, при установлении такой возможности маршрутизирует вызов на сетевой узел выполняющий соединение средствами сети с коммутацией пакетов, который преобразует данные с коммутацией каналов в данные с коммутацией пакетов и выполняет соединение техническими средствами сети с коммутацией пакетов.
Техническая задача решается устройством сети сотовой связи для реализации способа соединения абонентов включающее стандартизованные элементы сетевой архитектуры IN UMTS (3G) сетей или IMS LTE (4G) сетей сотовой связи, в том числе мобильное устройство вызываемого абонента MS/UE и сетевой узел выполняющий функции управления соединениями абонентов с коммутацией каналов SSP IN сети или CSCF IMS сети, дополнительно содержит взаимодействующий с ним по сети с коммутацией каналов по протоколам SIP, ISUP сетевой узел выполняющий функции соединения абонентов по сети с коммутацией пакетов который взаимодействует по согласованным программным интерфейсам API с мобильным устройством вызываемого абонента по сети с коммутацией пакетов и с серверным программно-аппаратным сетевым узлом ОТТ приложения вызываемого абонента, выполненный с возможностью преобразования данных установления соединения с коммутацией каналов в данные установления соединения с коммутацией пакетов и выполненный с возможностью установления соединений техническими средствами сети с коммутацией пакетов.
Изобретение иллюстрируется чертежами:
На фиг. 1 изображено устройство сети сотовой связи в обобщенной архитектуре IN и IMS сетей для выполнения способа соединения абонентов.
На фиг. 2 представлен сетевой диалог элементов сети сотовой связи для выполнения способа соединения абонентов.
На фигурах для упрощения не обозначен участок радио интерфейса NP и некоторые стандартизованные сетевые узлы - узел SCP управления услугами (узел биллинга) базы данных абонентов HLR/HSS и другие. Опущен сетевой диалог узла управления соединениями SSP (узла коммутации) с узлом SCP. Стандартные интерфейсы взаимодействия некоторых сетевых элементов на фигурах также опущены для упрощения и в связи с известностью. Сигнальные соединения SIP, ISUP протоколов SS7 или уровень управления (signaling domain/control plane) в определениях IMS показан штрихованными линиями. Пакетный и медиа RTP трафик или пользовательский уровень передачи (packet domain/user plane) данных IMS непрерывными линиями. На фигурах и в описании вызываемый домашний (homeNet) абонент оператора NP А обозначен буквой A (MS/UE А), вызывающий абонент любого оператора NP обозначен буквой В. Гостевая сеть NP в которой находится и обслуживается абонент А обозначена буквой С - NP С.
Предлагаемый авторами способ может быть реализован в IN и IMS сетях (фиг. 1) за счет взаимодействия дополнительного программно-аппаратного узла SCP QNECT с узлом SSP А выполняющим функции управления соединениями абонентов с коммутацией каналов, узлом SSW выполняющим функции управления соединения абонентов с коммутацией пакетов и серверной ОТТ servers частью ОТТ сервисов.
Сетевой узел SCP QNECT в архитектуре IN сетей представляет собой сетевой узел SN (Service Node) услуг, наделенный соответствующими функциями в определениях IN сетей (Б.Я. Лихтциндер, М.А. Кузякин, А.В.Росляков, С.М.Фомичев «Интеллектуальные сети связи» Издательство Эко-Тренд 3 Москва 2002 г. стр. 46). В определениях IMS сетей SCP QNECT является AS (Application Server) который взаимодействует с логическим элементом управления сеансами связи S - CSCF (Serving Call Session Control Function) по протоколу SIP. В IMS сети SCP QNECT выполняет функции обслуживания и модификации SIP сеансов (А.Б. Гольштейн, Б.С. Голынтейн Softswitch Издательство «БХВ-Санкт-Петербург 2006 г. стр. 330).
В предпочтительном варианте реализации узел SCP QNECT находится в периметре базовой CN сети оператора NP А и взаимодействует с SSP А по согласованным программным интерфейсам API. В IN сетях такое взаимодействие организовано за счет программной логики O/T/N-CSI триггера на MSC при обработке входящего вызова. В IMS сети взаимодействие SSP A-SCP QNECT и необходимость маршрутизации SIP сеанса на SSW организовано за счет IFC (Initial Filter Criteria) правила определяющего необходимость пере маршрутизации SIP сеанса установления входящего вызова.
Для определения присутствия абонента А в IP сети (с коммутацией пакетов) путем выполнения сетевого запроса-ответа PING1, программная логика узла SCP QNECT согласована по программным API интерфейсам с программным модулем мобильного устройства MS/UE А. Для установления соединения по сетям ОТТ приложений SCP QNECT взаимодействует с серверной частью ОТТ сервисов. Такое взаимодействие организовано по согласованным API для получения его данных и определения присутствия абонента в сети ОТТ сервиса посредством сетевого запроса-ответа PING2.
Сетевой узел SSP А представляет собой стандартный узел управления соединениям IN сети (MSC). В определениях IMS сети SSP А выполняет функции управления сеансами Serving/Proxy /Interrogating P/I/S-CSCF. Как понятно специалисту P/I/S функционал CSCF может быть разделен по отдельным самостоятельным сетевым узлам. Для упрощения сетевые узлы MSC/P/I/S / CSCF обозначены в одном функциональном блоке т.к. в общем случае, с учетом стандартов IN и IMS, включают сходную функциональность управления вызовом.
Сетевой узел SSW A (Softswitch) в терминах IN и IMS сетей в общем случае является SG (Signaling Gateway) - сетевым узлом, который координирует обмен сообщениями между сетями. В общем случае SSW А представляет собой программный коммутатор, использующийся для обеспечения полноценной работы услуг аналоговой (с коммутацией каналов) и IP-телефонии (с коммутацией пакетов). Поддерживает работу всех протоколов, необходимых в работе IP-телефонии. По определению узел SSW А наделен функцией управления сеансами P-CSCF для модификации SIP сеанса. Программная логика узла SSW А выполнена с возможностью извлечения данных сообщений протоколов SIP, ISUP и установления VoIP соединения голосового вызова (VoIP server) по IP сети через программный модуль на MS/UE А. Для обработки вызовов сети PSTN общего пользования SSW А выполняет функции VoIP шлюза.
Мобильное устройство MS/UE A homeNet абонента в общем случае является IP-телефоном, VoIP-телефоном, SIP-телефоном позволяющим организовать голосовое общение пользователей по сетям сотовой связи с коммутацией каналов и по IP-сетям с коммутаций пакетов. MS/UE А стандартно поддерживает RTP (Real-time Transport Protocol) для передачи аудио данных и соответствующие кодеки известные из уровня техники и применяемые в сетях сотовой связи и IP сетях. В гостевой NP С сети MS/UE А обслуживается узлом управления соединениями с коммутацией каналов SSP С (VMSC/P-CSCF). HomeNet абонент А в гостевой сети NP С может принимать голосовой RTP трафик по сети с коммутацией каналов через стандартизованные SS7 сетевые узлы по стандартным протоколам установления соединений SIP, ISUP, на фигурах и далее обозначен RTP1. Пакетный TCP/IP трафик, MS/UE А принимает через стандартный узел IN сетей SGSN/GGSN или IMS шлюз P-GW С для выхода к внешним IP сетям с коммутацией пакетов обслуживающий в том числе RTP трафик ОТТ приложений. На фигурах и далее этот трафик обозначен RTP2.
Программная часть MS/UE А доработана модулем приема-ответа PING1 по запросу SCP QNECT. Такая доработка может быть выполнена наделением дополнительными программными модулями (обновлением) установленного на MS/UE ОТТ приложения, отдельным ОТТ приложением, STK SIM апплетом или иным способом, известным из уровня техники. В общем случае такой модуль выполняет функции установления соединения по назначенному SIP URI. Прием входящего вызова с отрисовкой экрана входящего звонка и стандартную обработку аудио RTP трафика. В частном случае как одна из реализаций, такой модуль может быть функционально включен в стандартное ОТТ приложение личного кабинета абонента оператора связи NP A-LOGIN А.
ОТТ servers - серверная часть ОТТ сервисов, представляют собой стандартные серверные сетевые узлы, программная логика которых выполняет хранение информации и обработку данных. Серверная часть обеспечивает безопасность логинов и паролей своих пользователей, позволяет выполнить запрос о данных контактов своих пользователей и определения факта их присутствия в сети ОТТ сервиса. В контексте заявки ОТТ servers выполняют функции VoIP серверов и VoIP шлюзов для передачи аудиоданных по RTP.
NPn обозначены транзитные телекоммуникационные сети обслуживающие SIP ISUP RTP1 трафик на коммутационных узлах ITC (International Telecom Commutator).
Диалог сетевых узлов для выполнения предлагаемого способа соединения абонентов проиллюстрирован на диаграмме фиг. 2.
На узел управления соединениями SSP А поступают запросы на установление входящего вызова homeNet абоненту А находящемуся в гостевой сети NP С - 1 ISUP IAM от абонента В сети PSTN общего пользования или 2 SIP INVITE от абонента В любого оператора связи. На узле коммутации SSP А в IN сети срабатывает триггер подписки при обработке входящих вызовов T-CSIINIT. На сервере управления сеансами CSCF в IMS сети срабатывает правило фильтрации вызовов IFC INIT. По их срабатыванию стандартная программная логика SSP А обращается с запросом на SCP QNECT для получения данных о дальнейшей обработке вызова 3 API ROUTING INFO.
Далее выполняется первый вариант соединения LOGIN CONNECT предусматривающий выполнение сетевого запроса-ответа на MS/UE А на предмет его присутствия в IP сети 4 PING1 REQ. SSW А транслирует 5,6 UP LINK PING1 в адрес SIP URI назначенный MS/UE А для нахождения в IP сети. После ответа модуля обработки PING1 MS/UE А отвечает 7,8 DOWN LINK PING1. SSW А возвращает положительный ответ 9 PING1 RESP на SCP QNECT. Программная логика SCP QNECT устанавливает присутствие SIP URI логина в IP сети, готовность MS/UE принять голосовой вызов по RTP2 и передает в адрес SSP А код SPC (Signal Point Code) сетевого узла SSW А для дальнейшей обработки вызова - сообщение 10. SSP А выполняет маршрутизацию вызова 1,2 на узел SSW А - сообщения 11,12. По программной логике SSW А выполняет соединение голосового вызова в IP сети в адрес SIP URI логина-сообщения 13-16. Графическими функциями операционной системы MS/UE А по командам программного модуля LOGIN А отрисовывается экран входящего звонка INCOMING CALL. После ответа абонента А выполняется передача аудио трафика RTP2 17 в IP сети с коммутацией пакетов.
Второй вариант соединения продемонстрирован на участке диаграммы ОТТ CONNECT (фиг. 2). После запроса SSP А о дальнейшей обработки вызова 3, SCP QNECT опрашивает ОТТ servers партнерских сетей о присутствии абонента А в их сети - 18 API PING2 REQ. Количество таких сетей (ОТТ сервисов) зависит от соглашений оператора, в частном случае реализации способа это наиболее популярные ОТТ мессенджеры. Программная логика очередности опроса ОТТ servers может зависеть от технических или маркетинговых предпочтений оператора. В частном простейшем случае первый положительный ответ от ОТТ сервера 19 PING2 RESP подтвердившего присутствие абонента в его сети ОТТ INIT приводит к выдаче сообщения 20 на SSP А с адресом SPC актуального ОТТ server для маршрутизации. SSP А стандартно выполняет маршрутизацию 21,22 на указанный адрес ОТТ server. Далее актуальный ОТТ server по стандартной логике VoIP сервера устанавливает соединение с SIP URI абонентом А, находящимся в его сети - сообщения 23-26. После выполнения соединения абонент А наблюдает экран входящего звонка в графическом интерфейсе ОТТ приложения -INCOMING ОТТ CALL и после ответа ОТТ сеть обеспечивает передачу 27 аудиоданных RTP2.
Как понятно специалисту предложенные варианты соединения LOGIN и ОТТ CONNECT могут выполняться в любой очередности для обслуживания одного вызова абонента находящегося в гостевой сети NP С. В случае отсутствия SIP URI идентификатора в IP сети, т.е. отсутствие ответа по обоим вариантам опроса PING 1 → MS/UE А и PING2 → OTT servers, SCP QNECT определяет отсутствие в IP сети абонента A (SIP URI) и направляет на SSP А ответ CONTINUE (на фиг. 2 не показан) для продолжения обработки вызова без параметров. В этом случае SSP А по стандартной логике обработки входящего вызова выполняет соединение по сети с коммутацией каналов через транзитные сети NPn и коммутаторы ITC. (верхний маршрут SIP, ISUP фиг. 1) с последующей передачей аудио данных RTP1.
Как продемонстрировано выше, предлагаемый авторами способ соединения абонентов существенно экономит расходы оператора на обслуживание трафика в транзитных сетях, исключает необходимость соглашений с транзитными операторами и трудоемкий обмен ТАР данными для взаиморасчетов. Программная доработка MS/UE A homeNet абонента, в части установки модуля LOGIN для соединения LOGIN CONNECT и приема аудиоданных RTP2 производится удаленно и организационно и технически не затруднительна. Для выполнения соединения ОТТ CONNECT выполняются также не трудоемкое согласование интерфейсов узла управления соединения SSP А и ОТТ сервера, что с учетом сходных протоколов установления соединений SIP и передачи данных RTP представляется не затруднительным.
Для homeNet абонента А, по понятным причинам экономии средств в роуминге, предлагаемый способ соединения предпочтителен по сравнению с традиционным сигнальным проключением (приземлением или терминацией) вызова. Выполнение графического интерфейса экрана входящего звонка стандартными графическими функциями операционной системы MS/UE обеспечивает прозрачность соединения для абонента.
Как понятно специалисту предлагаемый способ может быть использован в том числе для передачи сообщений SMPP SMS USSD.
Предлагаемый способ в обоих вариантах реализации соединения протестирован заявителем в сетевой архитектуре известного оператора сотовой связи на базе комплекса SCP QNECT и подтвердил заявленный технический эффект и требования QoS оператора по качеству обслуживания абонентов.