Сравнительный анализ сценариев функционального взаимодействия элементов конвергентной сети

Сравнительный анализ сценариев функционального взаимодействия элементов конвергентной сети

УгловИ.В., ЦНИИС Введение

В условиях быстро развивающегося рынка телекоммуникационных услуг трудно переоценить вклад передовых технологий передачи информации, а также оптимальной организации архитектур сетей связи. На данный момент одним из наиболее перспективных направлений считается построение конвергентных сетей. В связи с этим возникают вопросы, касающиеся анализа и детального изучения сильных и слабых сторон архитектурных особенностей конвергентных сетей. В данной статье дан сравнительный анализ двух типовых архитектур конвергентных сетей, рассмотрены! внутрисетевые механизмы! взаимодействия функциональных узлов конвергентной сети, механизмы! взаимодействия пользователя с конвергентной сетью, конвергентных сетей между собой и с сетями связи различных классов.

Сравнительная спецификация функциональных узлов конвергентной сети

В состав узлов конвергентной сети, на этапе ее организации и для обеспечения постепенного перехода к NGN, могут входить элементы сетей NGN, построенные на платформах Public switched telephone network Emulation Subsystem (PES) и IP Multimedia Subsystem (IMS). Обычно на первых этапах построения конвергентной сети построение телефонной сети осуществляется на базе технологии Softswitch.

Проведем краткую классификацию типовых узлов связи, используемых в конвергентной сети:

— узел связи типа "А" (Softswitch):

— контроллер управления шлюзами (MGC, Media Gateway Controller),

— транспортный шлюз (MG,Media Gateway),

— сигнальный шлюз (SG, Signal Gateway);

— узел связи типа "Б" (IP-АТС на базе Softswitch). Распределенный телефонный концентратор (IP-АТС). Данный узел в основном является частным решением на базе Softswitch или решений на базе гибридных АТС, имеющих в своем составе функции MGC, MG и SG;

— узел связи типа "В" (IP-АТС на базе контроллера управления соединениями (P-CSC, Proxy-Call-Session-Controller), выделенного узла IMS). P-SCS является вынесенным узлом платформы IMS. Данный узел должен быть реализован исключительно на технологии SIR На его базе могут также строиться решения IP-АТС;

— узел связи типа "Г" (на базе оборудования IMS). Контроллер управления вызовами. Данный узел является центральным звеном платформы IMS.

Реализация на сети узла связи Г-типа позволит в дальнейшем исключить применение на сети выделенных решений с использованием независимых центральных управляющих элементов.

Помимо узлов связи, которые можно отнести к элементам сети NGN, в конвергентную сеть, могут входить узлы связи транспортной сети, и узлы связи сетей доступа. Узлы связи этих классов различаются в зависимости от используемых транспортных технологий или технологий доступа.

К функциональным узлам конвергентной сети можно отнести элементы сети, не выполняющие функции коммутации, и согласно [1], они не могут считаться узлами связи. К таким функциональным узлам относятся:

— терминальное оборудование (TE, Terminal equipment);

— повторители, шлюзы (GW, Repeater, Firewall);

— базы данных (HSS, Home Subscriber Server; BSS, Base Station Subsystem);

— сервера приложений (AS, Application server).

Исследование механизмов взаимодействия пользователя с конвергентной сетью

Процесс взаимодействия пользователя с конвергентной сетью в большинстве случаев представляет собой использование ресурсов сети либо ее услуг. Процессы использования ресурсов или услуг сети можно, в свою очередь разбить на множество процессов (например, процессы установления соединения, аутентификации, авторизации пользователя). Чем ближе конвергентная сеть в своем развитии приближается к NGN, тем более универсальные механизмы взаимодействия пользователя с сетью используются в ней.

Такие условия, как обеспечение глобальной мобильности пользователя и непрерывности вызова при переходе через границы разнородных сетей накладывают на механизмы идентификации особые требования. В результате, сценарии взаимодействия пользователя в конвергентной сети могут сильно отличаться от аналогичных по функциональности сценариев, реализованных в таких сетях как сети подвижной связи (СПС), сети передачи данных (СПД) и ССОП.

Процесс регистрации пользователя в сети доступа может быть осушествлен вручную, путем набора идентификационного кода через абонентский терминал, или автоматически, с использованием возможностей реализуемых в унифицированных терминалах

(GSM/UMTS/WlAN).

В конвергентных сетях возможно применение способов подключения, при которых через один фиксированный терминал может подключиться множество пользователей.

Для обеспечения мобильности пользователей необходимо разделять процесс идентификации пользователя и идентификации терминала фиксированного доступа. Процесс идентификации не должен зависеть от технологии, используемой для осуществления доступа. Одновременно необходимо учитывать возможность перемещения пользователя из одного технологического сегмента конвергентной сети в другой.

Рекомендация МСЭ-Т Е.212 [2] устанавливает требования к идентификации пользователей в мобильных сетях связи. Этот же механизм может быть использован и для идентификации пользователей в конвергентных сетях связи.

В конце параграфа кратко перечислим несколько возможных механизмов идентификации абонентов в конвергентных сетях:

— механизм индивидуальной идентификации абонентов (ISIM, IP Multimedia Services Identity Module);

— механизм универсальной идентификации абонентов (USIM, Universal Subscriber Identity Module).

Появляющиеся и используемые в настоящее время в России тер-

миналы третьего поколения и GSM терминалы, не поддерживающие ISIM и/или не поддерживающие технологию IPSec, которая является базовым механизмом защиты в сетях на базе оборудования IMS, тоже могут подключаться к конвергентным сетям.

В этом случае механизм защиты таких терминалов основываются на технологиях, применяемых на той сети, к которой они подключены. При использовании механизма функции защиты осуществляет транспортный уровень (GPRS/EDGE).

Наряду с используемыми в настоящее время мобильными терминалами, не имеющими механизмов ISIM, на фиксированных сетях связи также могут использоваться фиксированные SIP терминалы, не обладающие данным механизмом. Такие аппараты тоже должны подключаться к конвергентным сетям. В этом случае, обеспечение регистрации, аутентификации и защиты осуществляется средствами сети доступа фиксированной сети связи [3].

В результате, на обычных терминалах проводной, так и беспроводной связи могут применяться следующие механизмы:

— SIP HTTP аутентификация [4];

— Network Attachment SubSystem — IMS (NASS-IMS) аутентификация.

Анализ принципов взаимодействия конвергентных сетей общего пользования друг с другом и с сетями связи других типов

Исходя из рекомендаций МСЭ-Т и ЕИС-Т состав и архитектура конвергентной сети может быть различной [5]. В качестве примера для анализа принципов взаимодействия возьмем ситуацию, в которой предполагается совместная работа конвергентной сети, построенной на базе оборудования Softswitch, фиксированной сети, СПС и СПД. Механизмы взаимодействия разнотехнологичных сегментов конвергентной сети будут существенно различаться.

Рассмотрим взаимодействие пакетной сети связи на базе оборудования Softswitch c СПС и СПД на основе технологии КП (рис.1).

На рис. 1 использованы следующие сокращения:

— BTS — базовая станция (Base Transceiver Station);

— BSC — контроллер базовых станций (Base Station Controller);

— PCU — контроллер устройств, использующих пакетный способ передачи данных (Packet Controller Unit);

— MSC — Центр коммутации (Mobile Switching Centre);

— VLR — Гостевой реестр местоположения (Visitor Location Registry);

— HLR — Домашний реестр местоположения (Home Location Registry).

Взаимодействие двух сегментов сети связи (TDM и IP) осуществляется через MG и SG. Шлюз MG обеспечивает преобразование формата передаваемых голосовых сообщений, поступающих из TDM-сегмента в IP-сегмент и обратно. Шлюз SG реализует функции передачи сигнальных сообщений ОКС 7, поступающих из TDM-сегмента в IP-сегмент.

Управление MG осуществляется контроллером MGC посредством обработки информации сигнализации, поступающей в MGC. В зависимости от реализации оборудования Softswitch сигнализация поступает в MGC или непосредственно из TDM-сегмента по трактам Е1, или через шлюзы MG, или через шлюзы SG по протоколам SIGTRAN.

Взаимодействие пакетной сети фиксированной связи на базе оборудования Softswitch c сетью СПС, имеющей оборудование 2-ого поколения, осуществляется между узлами сети фиксированной связи и узлом СПС через шлюз MG для голосового трафика и через шлюз SG для сигнального трафика.

Взаимодействие пакетной сети фиксированной связи на базе оборудования Softswitch с сетью СПС, которая имеет оборудование поколения 2,5, осуществляется через оборудование узел обслуживания абонентов GPRS (SGSN, Serving GPRS Support Node), шлюз ядра сети GPRS (GGSN, GPRS Gateway Service Node) и граничный шлюз (BG, Border Gateway), входящий в состав СПС, а также маршрутизатор пакетной сети связи. Маршрутизатор при этом должен обеспечить логическое разделение голосового трафика от

Рис. 1. Взаимодействие различных сегментов конвергентной сети на базе Softswitch с сетями фиксированной и мобильной связи

Рис. 2. Взаимодействие узлов конвергентной сети, построенной на базе платформы !МБ

трафика передачи данных на уровне транспортной сети IP

Помимо возможностей организации взаимодействия разнотехнологических сетей на базе оборудования Softswitch, представляют интерес механизмы взаимодействия конвергентной сети, построенной на платформе IMS, c сетями фиксированной связи, СПС и СПД по технологии КП. Далее рассмотрено взаимодействие фрагментов сети фиксированной связи, использующих разные технологии коммутации, и сегмента сети СПС [6] посредством платформы! IMS (рис. 2).

Взаимодействие узла связи, реализованного на технологии КК, и узла связи, реализованного на технологии КП, осуществляется через платформу IMS. В сопрягающее оборудование входят шлюз SG и шлюз MG, а также MGC. MGC осуществляет преобразование протоколов сигнализации, поступающих от сети, реализованной на базе коммутации каналов, в сообщения SIP, которые платформа IMS использует для управления сеансом связи между сетями.

Управление вызовами осуществляется элементом CSC, посредством обработки информации сигнализации, поступающей от MGC. Оно же преобразует сообщения ISUP, поступившие от шлюза SG по протоколу SIGTRAN, в сообщения SIP Шлюз SG производит преобразование нижних протокольных уровней сигнализации при взаимодействии сетей КП и КК, но не обрабатывает сообщения прикладного уровня.

Взаимодействие между конвергентной сетью на базе IMS и СПС, имеющей оборудование 2-ого поколения, осуществляется через шлюз SG и MG IMS-сети, а также MGC.

Взаимодействие пакетной сети фиксированной телефонной связи на базе технологии IMS с сетью СПС, которая имеет оборудование поколения 2,5, осуществляется через оборудование SGSN, GGSN узла СПС, граничный шлюз BG, входящий в состав СПС, маршрутизатор пакетной сети связи. Элемент CSC платформы IMS, являющийся узлом управления вызовами, осуществляет маршрутизацию вызовов и контроль установленных соединений.

Заключение

В данной статье были проанализированы! основные механизмы внутрисетевого взаимодействия функциональных узлов конвергентной сети, механизмы! взаимодействия пользователя с конвергентной сетью, конвергентных сетей между собой и с сетями связи различных классов.

При организации взаимодействия пользователя с конвергентной сетью необходимо осуществлять постепенный переход к аутентификации по методу USIM/ISIM для абонентов сети с терминальным оборудованием, поддерживающим требуемую функциональность. В случае невозможности использования данных механизмов аутентификации, необходимо осуществлять данные процессы методами, реализуемыми на транспортном уровне технологий передачи данных

В результате проведенного анализа очевидно, что оптимальным способом развития существующей телефонной сети является поэтапное внедрение оборудования нового поколения, начиная с организации на сети узлов связи типа "А", и постепенное внедрение узлов типа "Б", "В", а в случае перехода к сети NGN — узлов типа "Г".

Литература

1. Правила присоединения сетей электросвязи и их взаимодействия. Утверждены постановлением Правительства Российской Федерации №161 //2005.

2. ETSI TS 123 228 V7.5.0. IP Multimedia Subsystem (IMS). Stage 2 // 2006-09.

3. ETSI TS 187 003 V1.7.1. NGN Security — Security Architecture // 2008.

4. RFC2617. HTTP Authentication: Basic and Digest Access Authentication, Franks, J., Hallam-Baker, P, Hostetler, J., Lawrence, S., Leach, P, Luotonen, A. and L. Stewart // June 1999.

5. Углов И.В. Исследование архитектур конвергентных сетей общего пользования // Труды Московского технического университета связи и информатики. — М.: ИД Медиа Паблишер, 2008. — Т.1. — С. 90-93.

6. ETSI TS 123 228 V7.5.0. Digital cellular telecommunications system (Phase 2+); Universal Mobile Telecommunications System (UMTS); IP Multimedia Subsystem (IMS) Stage 2 // 2006.