МЕДИАТОР ДЛЯ ПОДКЛЮЧЕНИЯ АВТОМАТИЧЕСКОЙ ТЕЛЕФОННОЙ СТАНЦИИ КООРДИНАТНОГО ТИПА К СЕТЯМ СДЕДУЮЩЕГО ПОКОЛЕНИЯ NGN/IMS И АВТОМАТИЧЕСКАЯ ТЕЛЕФОННАЯ СТАНЦИЯ КООРДИНАТНОГО ТИПА

Полезная модель относится к электросвязи, а именно к телефонной связи, в частности, к устройствам для подключения существующих автоматических телефонных станций (АТС) в современную мультисервисную сеть, построенную на технологии коммутации пакетов информации.
В настоящее время в качестве координатные АТС (АТС К) в России используются, в основном, станции АТСК, АТСК-У, ПСК-1000. АТС К содержит, в основном, абонентный комплект, контактное поле с маркерами, а также исходящие и входящие шнуровые комплекты. Контактное поле существующих АТС К состоит из групп контактных пружин релейного типа с контактами на замыкание - многократных координатных соединителей МКС, а управление коммутационными приборами осуществляется с помощью общестанционных регистров и маркеров. Выбор направления и поиск свободной линии осуществляет маркер, который управляет коммуникационным устройством, который содержит определитель вызывающего входа, определитель требуемого направления связи, устройство, отмечающее свободные промежуточные линии для подключения, пробное устройство, устройство включения и устройство управления. ((Б.С.Гольдштейн Системы коммутации, СПб: БХВ - Санкт-Петербург, 2003, с.63-77)
АТС К работает следующим образом. При снятии микротелефона с аппарата на АТС в абонентском комплекте (АК) притягивает якорь линейного реле (Л) и посылает в маркер ступени абонентского искания звеньев А и В (МАИ АВ) запрос (сигнал) на подключение исходящего шнурового комплекта (ИШК) к линии вызывающего абонента. По этому запросу маркер МАИ АВ определяет линию вызывающего абонента (номер линии вызывающего абонента отмечается в маркере срабатыванием соответствующих десяткового реле и реле единиц), выбирает свободный промежуточный путь между звеньями МКС (многократного координатного соединителя) А и В и ИШК. у которого свободен хотя бы один абонентский регистр (АРБ), а также свободны маркер регистрового искания (МРИ) и маркер ступени группового искания (МГИ).
После определения свободного ИШК маркер МАИ АВ включает выбирающий и удерживающий электромагниты МКС звеньев А и В, благодаря чему ИШК оказывается подключенным к линии вызывающего абонента. При этом в абонентском комплекте притягивает якорь разделительное реле (Р). Затем маркер МАИ АВ отключается, а ИШК посылает запрос в МРИ па подключение регистра АРБ. МРИ определяет ИШК, ожидающий подключения регистра, отыскивает свободный регистр и включает соответствующие выбирающий и удерживающий магниты МКС РИ, через поле которого регистр оказывается подключенным к ИШК. Затем МРИ отключается. Получив сигнал ответа станции из регистра, абонент приступает к набору номера, все серии которого фиксируются в регистре. Установлением соединения управляют маркеры, которые для этой цели запрашивают регистр о набранном номере. Обмен информацией между регистром и маркерами осуществляется частотным способом по методу «челнока».
Недостатком существующих АТС-К является их моральное устаревание, в частности, недостаточное быстродействие, невозможность обеспечения передачу информации различных типов (речь, данные, видео). Вместе с тем, прямое включение их в современную сеть (NGN-сеть), построенную на технологии коммутации пакетов, невозможно в силу принципиальной несовместимости технологий.
Для модернизации действующих АТС К в настоящее время используется введение в их состав дополнительных модулей, позволяющих расширить их функциональные возможности.
В частности, известна принятая авторами за ближайший аналог, АТС К, содержащая абонентный комплект, контактное поле с маркерами, а также исходящие и входящие шнуровые комплекты, причем между маркером и ВШК дополнительно установлен модуль, связанный с проводами АД маркера и проводами ТП ИШК, представляющий собой аппаратно-программную трехуровневую систему с управлением от компьютеров, что позволяет оснастить ее системой повременного, учета и измерения длительности всех исходящих телефонных соединений абонентов [ПМ RU 88233, 2009].
Недостатком такой АТС является также невозможность обеспечения передачи информации различных типов (речь, данные, видео).
Задачей решаемой авторами, являлась модификация оборудования АТС К с целью обеспечения стыковки АТС К с многосервисными NGN-сетями.
Указанная задача решалась путем создания и установки на АТС К медиатора плана нумерации (МПН), состоящего из последовательно установленных преобразователя протоколов (M-ITG), двух пар модулей управления (МКД), связанных с коммутаторами Интернета, а также модуля технического обслуживания OMS, связанного с обеими коммутаторами. При установке на АТС К медиатор соединяется с протоколами Интернета мультисервисной сети и шнуровыми комплектами, в состав которых дополнительно включен блок цифро-аналогового преобразования. При этом во входящем шнуровым комплекте блок цифро-аналогового преобразования расположен между блоками приема и обработки сигналов и блоком взаимодействия со ступенью абонентского искания, а в исходящем шнуровым комплекте блок цифро-аналогового преобразования расположен между блоками приема и обработки входящих и обработки исходящих сигналов.
Для подключения к протоколу Интернет (IP-сети) Медиатор использует два интерфейса Интернета, каждый из которых принадлежит одному из двух управляющих модулей, работающих в режиме разделения нагрузки. С внешними устройствами он взаимодействует через IP-сеть с использованием протоколов сигнализации SIP. Речевая информация по IP-сети передается по протоколу RTP (Real Time Protocol). Для связи с IMS-ядром и обмена сигнальными сообщениями, используется, как правило, стандартный UDP-порт 5060. При этом при взаимодействии с IP-сетью, МПН не выделяет отдельные пучки каналов для различных типов трафика. Существует единый пучок IP-каналов, для входящего, исходящего, внутристанционного графика. Расчетная емкость пучка каналов для АТС на 10000 абонентов - 720 голосовых каналов, при необходимости, она может быть расширена путем установки дополнительных модулей М-ITG. На выходе программного модуля (фактически - на выходе координатной АТС) речь передается в виде потока IP-пакетов.
Процедуры сигнализации определяются спецификациями протокола SIP. Этот протокол используется для обмена информацией между всеми МПН и IMS ядром, входящими в сегмент NGN (Next Generation Network). При предоставлении основной услуги, IMS-ядро не обрабатывает голосовой трафик.
Для обеспечения входящей и исходящей связи вынесенных абонентов, МЛН подключается к выходам координатной подстанции по двухпроводным интерфейсам.
Для обеспечения присоединения учрежденческих или городских АТС к станциям АТС К МПН, подключается к РСМ (Pulse Code Modulation) этих АТС, выполняющему функции аналого-цифровых/цифро-аналоговых преобразований (АЦП/ЦАП), трактами Е1, число которых зависит от количества трехпроводных соединительных линий.
Сущность предлагаемого решения иллюстрируется следующими схемами и рисунками.
На фиг.1 показана скелетная схема типичной координатной АТС.(Темным фоном выделены те функциональные блоки, которые перестают быть нужными после модернизации.) На фиг.2 представлена схема прохождения сигнального и голосового графика при подключению к IP-сети (сети Интернета). На фиг.3 и 4 показана схема модифицированных ВШК и ИШК. На фиг.5 и 6 показаны сценарии сигнального обмена (исходящий и входящий вызов).
При этом на рисунках и схемах использованы следующие обозначения: АК - абонентный комплект; МАИ - маркер ступени абонентского искания; ВШК - входящий шнуровой комплект; ИШК - исходящий шнуровой комплект; МРИ - маркер регистрового искания; РИ регистр искания; ГИ групповой искатель; IMS - фрагмент мультисервисной сети следующей генерации (NGN); SIP - протокол инициирования сессии; RTP - протокол реального времени; M-ITG - преобразователь протокола; М-ИШК - модифицированный исходящий шнуровой комплект; М-ВШК - модифицированный входящий шнуровой комплект; АИ - абонентский искатель; ПЩ - промщит; БОИ - блок обработки сигналов 8-ми проводного интерфейса; БАЦП - блок аналого-цифрового преобразования; БПОИ - блок приема и обработки сигналов 8-ми проводного интерфейса; БОС - блок обработки сигналов для интерфейса с M-ITG; БПОС - блок приема и обработки сигналов для интерфейса с M-ITG; БАИ - блок взаимодействия со ступенью абонентского искания.
МПН состоит из шлюзового оборудования преобразователя протоколов (шлюза) M-ITG и оборудования М-Core.
Задачей M-ITG является обеспечение взаимодействия с модернизируемой АТС. При этом M-ITG выполняет следующие функции:
- организация входящих вызовов к абонентам модернизируемой АТС;
- организация внутристанционных вызовов;
- организация вызовов внутри одного здания;
- организация вызовов внутри «бывшего» аналогового сегмента сети;
- один модуль M-ITG поддерживает до 4 трактов Е1;
- взаимодействие с модернизируемой АТС по трактам Е1 с сигнализацией 2 ВСК ("импульсный челнок");
- взаимодействие с аппаратурой автоматического определителя номера (АОН): сбор и определение номера вызывающего абонента;
- обеспечение передачи речевой информации по IP-сети с сигнализацией SIP;
- поддерживает кодеки: G.711, G.729 для передачи речевой информации;
- поддерживает протокол Т.38 для передачи факсимильной информации;
M-ITG также использует интерфейс Быстрый Интернет (100 Base-T) для взаимодействия с IP-сетью.
Программное обеспечение M-ITG имеет необходимую систему диагностики, предупреждения и автоматического исправления нештатных ситуаций. Мониторинг и управление M-ITG производится с автоматизированного рабочего места (АРМ). Доступ к M-ITG осуществляется через общую локальную сеть передачи данных.
В состав оборудования М-Core входят два связанных с Интернет коммутаторами модуля управления, (МКД), содержащих программную подсистему M-IVR-Л или иной аналогичный программный продукт, и модуль технического обслуживания (OMS), связанный с обеими Интернет коммутаторами.
МКД выполняет функции программного коммутатора: обеспечивает маршрутизацию вызовов, управление шлюзовым оборудованием M-ITG, предоставление и учет телекоммуникационных и интеллектуальных услуг. МКД осуществляет маршрутизацию вызова по номеру вызываемого абонента; по номеру вызывающего абонента; по комбинации номера вызываемого абонента и номера вызывающего абонента; по категории абонента; по префиксу оператора дальней связи.
Программная подсистема МКД M-IVR-Л обеспечивает доступ абонентов сети связи к интеллектуальным услугам (генерирует информацию точного времени, осуществляет интерактивное взаимодействие с абонентом).
Управление МКД производится с автоматизированного рабочего места (АРМ). Доступ к МКД происходит через локальную сеть Интернет.
Модуль OMS представляет собой сервер технического обслуживания всех элементов МПН. Он является хранилищем записей CDR и журналов отладочной информации всех модулей.
В системе МПН OMS выполняет следующие функции:
- сбор информации о работоспособности элементов МПН;
- сбор информации об этапах установления соединений
- сбор и формирование отчетов статистических данных:
- управление профилями абонентов, в частности задание категории абонента;
- блокирование исходящей связи;
- управление доступными абоненту услугами;
- контроль качества установленного разговорного соединения;
- отслеживание речевого и сигнального обменов между модулями МПН;
OMS подключается ко всем модулям М-ИШК-40, М-ITG, МКД по закрытому протоколу. К коммутаторам Интернет OMS подключается по протоколу SNMP.
Максимальное количество модулей, подключаемых к M-Core-46 модулей. M-Core поддерживает работу до 30 модулей М-ИШК-40; до 16 модулей M-ITG. Для повышения устойчивости работы МПН в M-Core обеспечивается поддержка системы резервирования. Модули работают в режиме разделения нагрузки, при выходе из строя одного из модулей всю нагрузку начинают обслуживать оставшиеся модули. Переключение на резерв происходит без повышения вероятности потерь по вызовам и других качественных показателей сети.
М-ИШК и М-ВШК обеспечивают замену существующих шнуровых комплектов (ИШК и ИШКТ) на координатных АТС и на координатных подстанциях. Они поддерживают взаимодействие с таксофонами и с модулями ПСК-1000 по двухпроводным интерфейсам.
Программное обеспечение шнуровых комплектов поддерживает работу с АТСК и АТСКУ. Тип станции задается в программном обеспечении, и конфигурируется при установке МПН.
Один комплект М-ИШК-40 и М-ВШК устанавливаются вместо 40 существующих шнуровых комплектов в тот же статив, так чтобы обеспечить сохранение межстативных связей. Мониторинг и управление шнуровыми комплектами производится с АРМ, доступ происходит через локальную сеть передачи данных.
В МПН поддерживает следующие критерии маршрутизации вызова: по номеру вызываемого абонента; по категории абонента; по префиксу ОДС (оперативно-диспетчерская служба).
Максимальная длина принимаемого номера составляет 32 цифры. Номер абонента «А» передается полностью. Медиатор поддерживает настройку подставляемого префикса, который будет добавляться к цифрам номера, выдаваемой аппаратурой АОН Возможно изменение индекса АТС.
Медиатор поддерживает изменение принятых цифр номера от абонента, для соответствия стандарту по преобразованию форматов номеров, построенном с использованием технологии коммутации пакетов.
Медиатор работает следующим образом. Исходящие вызовы от МЛН распределяются равномерно между адресами IMS-ядра. В случае невозможности установить соединение через IP_IMS_1, все вызовы автоматически маршрутизируются на IP_IMS_2. В случае невозможности установить соединение через IP_IMS_2, все вызовы будут автоматически маршрутизироваться на IP_IMS_1. Недоступность соответствующего адреса определяется стандартными средствами протокола SIP: при совершении вызова, отправляется запрос INVITE и включается таймер на ожидание ответа. Если ответ не получен, сообщение INVITE повторяется повторно. Количество перепосылок сообщения INVITE до того, как направление будет отмечено как недоступное - настраивается в конфигурации. Если на сообщения INVITE, отправляемые МЛН на адрес IP_IMS_1, в течение заданного времени не приходит ответ, то данный адрес отмечается как недоступный. При этом вызов не отбивается, а автоматически направляется на адрес IP_IMS_2. Адрес отмечается как недоступный на определенный период времени, в течение которого никакие вызовы на него не отправляются. По окончании данного периода, флаг о недоступности снимается, и направление снова становится доступным для отправки вызовов. Если ответ на сообщения INVITE снова не приходит, то алгоритм повторяется.
Алгоритм справедлив и для противоположного случая, когда адрес IP_IMS_1 становится недоступным, a IP_IMS_2 остается в работе.
Входящие вызовы от IMS-ядра распределяются между двумя адресами МЛН в зависимости от номера вызываемого абонента. Если МЛН обслуживает 10000 абонентов, то IMS-ядро направляет вызовы для первой половины диапазона (5000 номеров) на адрес IP_MPN_1, при этом адрес IP_MPN_2 является резервным. Для второй половины диапазона (5000 номеров) IMS-ядро направляет вызовы на адрес IP_MPN_2, при этом адрес IP_MPN_1 является резервным.
Для обеспечения исходящей связи от таксофонов, МПН подключается через кроссовое оборудование непосредственно к таксофонам через двухпроводный интерфейс. Для обеспечения входящей связи к абонентам, МПН подключается к входам ступени CD, используя пятипроводный интерфейс. Функциональное назначение проводов пятипроводного интерфейса представлено в таблице 1
Таблица 1
Функциональное назначение проводов пятипроводного интерфейса
Наименование
Назначение
А
Разговорные провода для соединения с телефонным аппаратом
В
С
Провод подтверждения занятия
D
Провод занятия
K
Готовность
Для передачи адресной информации из МПН в маркеры ступеней CD и АВ используется многочастотный код «2 из 6». Типовой сценарий сигнального обмена при исходящей и входящей связи с аналоговым абонентом представлен на фиг.3 и 4.
Преимуществами МПН обеспечивает преобразование речевой информации, поступающей со стороны аналоговых АТС, в вид, пригодный для передачи по IP-сетям. МПН осуществляет кодирование информации, упаковку речевой информации в пакеты RTP/IP, а также обратное преобразование. МПН поддерживает обмен и конвертацию сигнальных сообщений как с коммутационным или терминальным оборудованием аналоговых АТС, так и с IMS-ядром, программным коммутатором или оконечным устройством сети IP-телефонии. МПН обрабатывает и преобразует сигнальные сообщения системы сигнализаций, использующих технологию коммутации каналов в сигнальные сообщения систем сигнализаций, использующих технологию коммутации пакетов информации, поддерживает разные планы нумерации и обеспечивает применение аналоговых АТС при использовании закрытого плана нумерации, поддерживает изменение адресной информации.