МУЛЬТИСЕРВИСНЫЙ СЕТЕВОЙ УЗЕЛ

Предлагаемая полезная модель относится к телекоммуникационным технологиям, на базе которых предлагается реализовать эффективные конвергентные решения для поэтапного перехода от существующих систем коммутации каналов к мультисервисным, мультимедийным системам пакетной коммутации.
В качестве прототипа выбрана широко известная цифровая коммутационная система АТСЦ-90, построенная на традиционных принципах коммутации каналов. Она описана в ряде публикаций, в частности в книге: Системы коммутации. Гольдштейн Б.С. Спб: BHV- Санкт-Петербург, 2003. Прототип содержит устройство коммутации и адаптер абонентского оборудования, адаптер сетевого оборудования, а также блок регистров, блок линейной сигнализации, блок общеканальной сигнализации, блок сбора статистических данных и ЭВМ технической эксплуатации.
Выбор данного вида коммутационной системы в качестве прототипа обусловлен тем, что до настоящего времени цифровые АТС являются оборудованием, на основе которого производится модернизация и развитие телефонных сетей в Российской Федерации.
В АТСЦ-90 реализована возможность подключения ISDN терминалов и предоставление соответствующих услуг. Также абоненты АТСЦ-90, помимо базового вызова, могут получить доступ к следующим дополнительным видам обслуживания (ДВО):
- сокращенный набор абонентских номеров;
- прямая связь;
- переадресация;
- конференц-связь трех абонентов;
- уведомление о поступлении нового вызова;
- ограничение различных входящих типов связи;
- временный запрет исходящей междугородной и международной связи.
Существенным недостатком, снижающим эффективность вложений от внедрения цифровых АТС (АТСЦ), является то, что при наличии цифровых АТС с коммутацией каналов практически невозможно без коренной реконструкции, а
значит, и без значительных капитальных затрат, осуществлять внедрение широкого спектра новых современных сервисов, базирующихся на передаче мультимедийной информации (речь, данные, видео, изображения, аудио), а также использовать новые интеллектуальные абонентские устройства, обеспечивающие предоставление непосредственно пользователю требуемых услуг.
Целью данной полезной модели является создание такого коммутационного оборудования, которое позволило бы внедрить широкий спектр новых современных сервисов для абонентов существующих сетей связи, а также подключить различные виды абонентского оборудования, обеспечивающие предоставление таких сервисов.
Для достижения поставленной цели предлагается использовать коммутационное оборудование на основе технологии коммутации пакетов.
Предлагается мультисервисный сетевой узел (МСУ), включающий устройство коммутации и адаптер абонентского оборудования, выполнить следующим образом:
- устройство коммутации в виде коммутатора Ethernet, который имеет выход в сеть IP,
- дополнительно ввести группу транспортных медиа-шлюзов, которая с одной стороны должна быть связана с адаптером абонентского оборудования, а с другой стороны с сигнальным шлюзом, сервером Прокси, сервером DNS, сервером управления, сервером услуг и коммутатором Ethernet через сеть Ethernet.
Такое исполнение мультисервисного узла позволяет работать по IP сетям.
Для того, чтобы обеспечить возможность совместной работы узла по IP сетям и сетям связи общего пользования (ССОП), предлагается дополнительно ввести вторую группу транспортных медиа-шлюзов, которая с одной стороны должна быть связана с сетевым адаптером и иметь выход через него на сеть связи общего пользования (ССОП), а с другой стороны соединена с дополнительным сигнальным шлюзом и с остальным оборудованием узла через сеть Ethernet.
Дополнительным отличием предлагаемого мультисервисного сетевого узла является то, что количество транспортных медиа-шлюзов в каждой группе может быть от одного до четырех.
Мультисервисный сетевой узел - представляет собой новое поколение средств связи, построенное на основе современных инфокоммуникационных технологий, и сочетающий всю имеющуюся функциональность цифровых АТС с коммутацией каналов с функциональностью, и, прежде всего, с услугами, присущими телекоммуникационному оборудованию нового поколения.
На базе МСУ может осуществляться строительство новых современных мультисервисных сетей, поэтапная модернизация существующих сетей, состоящая в организации фрагментов мультисервисной сети и, в конечном счете, создание целиком сетей следующего поколения (NGN) с соответствующей защитой предшествующих и текущих инвестиций. На базе оборудования возможна организация любых вариантов сетевой топологии.
Оборудование МСУ, благодаря использованию новейших технологий пакетной коммутации, способно в рамках единого однородного оборудования обеспечить передачу различных видов информации: речи, данных, видео, текстов, изображений, реализацию новых видов современных и перспективных инфокоммуникационных услуг. Внутренняя коммутационная структура МСУ (10 Мбит/с - 100 Мбит/с - 1000 Мбит/с) позволяет создавать, передавать и принимать широкополосные сообщения, сформированные любым видом современного терминального оборудования.
МСУ адаптирован к существующим цифровым и аналоговым, высоко- и низкоскоростным системам передачи, что обеспечивает легкую интеграцию в существующие городские, сельские и корпоративные сети электросвязи с целью их модернизации и предоставления абонентам на всех уровнях сетевой иерархии полного спектра современных услуг.
МСУ обеспечивает работу по:
- цифровым системам передачи;
- волоконно-оптическим линиям связи (ВОЛС);
- беспроводным узко- и широкополосным системам связи.
МСУ одинаково пригоден и для применения на сетях связи общего пользования (ССОП), и в корпоративных сетях. При этом он легко интегрируется в ССОП и IP-сети, в частности, Интернет и/или Интранет.
В телефонной сети связи общего пользования МСУ может использоваться в качестве средства связи, выполняющего функции систем коммутации с использованием технологии коммутации пакетов информации, в составе транзитного, оконечно-транзитного и оконечного местного узла связи с использованием сигнализации ОКС №7, 2ВСК, R1.5, R2 и выполнением требований СОРМ.
Для ведомственных сетей МСУ может использоваться в качестве учрежденческо-производственной АТС (УПАТС), выполняющей функции систем
коммутации с использованием технологии коммутации пакетов информации. При этом используются системы сигнализации ОКС №7, 2ВСК и EDSS1.
МСУ позволяет обеспечивать взаимодействие со всеми существующими на сети типами телефонных станций, а также с ведомственными и коммерческими сетями на основе интерфейсов, принятых на телефонной сети общего пользования и утвержденных международными организациями.
МСУ обеспечивает возможность выноса абонентской емкости. Общая вынесенная емкость может составлять до 100% емкости без ограничений числа выносов. Связь между выносами и МСУ может осуществляться по каналам трактов ИКМ и по соединительным линиям с использованием xDSL и IP-технологий, а также по беспроводным линиям связи. Количество внешних направлений от МСУ и максимальное число линий в каждом направлении определяется исходными данными к проекту.
Для целей сигнализации в сети IP в оборудовании МСУ используется протокол SIP (Session Initiation Protocol, RFC 3261), позволяющий не только уведомить пользователей о предстоящем соединении, но и определить характеристики передаваемого информационного потока.
Кроме того, для передачи по IP-сети сигнальных сообщений подсистемы ISUP ОКС№7 используется протокол SIP-Т, инкапсулирующий в стек протоколов IP сигнальную информацию ISUP. Для передачи речевых сообщений по сети передачи данных на основе IP-технологий используются протоколы RTP, RTCP. Управление медиа-шлюзами со стороны контроллеров сигнальных шлюзов осуществляется по протоколу Н.248.
На фиг.1 приведен один из примеров построения мультисервисного сетевого узла, где:
1 - адаптер абонентского оборудования;
2 - сигнальный шлюз;
3 - транспортный медиа-шлюз;
4 - коммутатор Ethernet;
5 - адаптер сетевой;
6 - сервер Прокси;
7 - сервер DNS;
8 - сервер регистрации;
9 - сервер управления;
10 - сервер услуг.
На фиг.2 приведен один из примеров построения узла связи с возможностью наращивания номерной емкости.
Базовая структура МСУ построена с использованием технологии Softswith. Комплекс оборудования МСУ состоит из функциональных модулей объединенных в следующие группы:
- терминалы пользователя;
- медиа-, сигнальные и другие шлюзы;
- серверы;
- коммутаторы Ethernet.
Группа терминалов пользователя включает в себя различные типы абонентского оборудования, соответствующие определенному виду услуг:
аналоговые телефонные аппараты (ТА), персональные компьютеры и ноутбуки IP-телефоны, поддерживающие протокол SIP, Soft-Phone (на базе ПК), ISDN-терминалы.
Группа шлюзов состоит из следующих функциональных компонентов:
- адаптер абонентского оборудования - 1;
- сигнальный шлюз - 2;
- транспортный медиа-шлюз - 3;
- адаптер сетевой - 5.
Назначение этих компонентов следующее:
- Адаптер 5 сетевой предназначен для обеспечения взаимодействия с любым установленным на сети линейным оборудованием (аналоговым или цифровым).
- Адаптер 1 абонентского оборудования предназначен для обеспечения взаимодействия с абонентским оборудованием.
- Шлюз 2 сигнальный выполняет следующие функции:
- обеспечивает поддержку обмена сигнальными сообщениями узлов коммутации каналов ССОП с устройствами пакетной коммутации, реализованными на базе протокола SIP (Session Initition Protocol);
- выполняет статистическое мультиплексирование пользовательской информации и вывода в сеть с маршрутизацией пакетов IP, а также обратное преобразование и демультиплексирование;
преобразует сигнальные сообщения систем сигнализации ССОП ОКС№7, E-DSS1 и других в сигнальные сообщения SIP, а также производит обратные преобразования.
В шлюзе 2 сигнализации расположено временное хранилище статистических данных, которые через задаваемый промежуток времени передаются на сервер управления. Управление шлюзом может производиться удаленно по протоколам Telnet/SSH или SNMP. Это позволяет использовать любую систему управления, поддерживающую открытый стандарт управления пакетными сетями SNMP.
- Транспортный медиа-шлюз 3 обеспечивает:
- преобразование (прямое и обратное) и упаковку речевой информации в пакеты RTP/UDP/IP;
- преобразование речевой информации в пакеты и обратное преобразование путем кодирования/декодирования речевой информации в соответствии с рекомендациями МСЭ-Т G.711A-Law и G.711mU-Law, G.729A;
- эхокомпенсацию и подавление эха в соответствии с требованиями G.168, с задержками в эхотракте до 128 м/сек;
- распознавание и обработку сигналов DTMF, генерацию акустических (тональных) информационных сигналов;
- поддержку модемных соединений и факсимильных сессий.
Все виды преобразований, которые выполняются в транспортном медиа-шлюзе, реализованы на базе специализированных процессоров обработки цифровых сигналов - Digital Signal Processors (DSP) фирмы Texas Instruments, серий: TMS320C67XX, TMS320C64XXT-1.
В МСУ для организации внутристанционной связи используется надежная пакетная коммутируемая сеть индустриального класса. Особенностью сети такого класса является высокая надежность за счет структурного и функционального дублирования, а также быстрое восстановление сети при изменении ее конфигурации или выхода из строя какого-либо элемента. Таким образом, при появлении
неисправности во внутристанционной коммутируемой Ethernet-сети не будет происходить потери вызовов, как обслуживаемых, так и поступающих.
Серверное оборудование МСУ включает:
- сервер 6 Прокси, обеспечивающий маршрутизацию вызова, определение местоположения пользователя, аутентификацию и авторизацию пользователя;
- сервер 7 DNS выполняет преобразование десятичного телефонного номера ССОП (по формату, определяемому Рекомендацией E.164) в IP-адрес;
- сервер 8 регистрации обеспечивает регистрацию оборудования подключаемого пользователя;
- сервер 9 управления поддерживает интерфейсы управления и обеспечивает сбор, обработку и фиксацию аварийной и статистической информации для контроля и управления. На нем находится база конфигурационных данных, в которой содержится информация, имеющая отношение к работе системы - от конфигурационных файлов до видов услуг абонентов;
- сервер 10 услуг отвечает за предоставление широкого спектра услуг пользователю.
Основные преимущества предлагаемого МСУ:
Модульность построения
Модульный принцип позволяет сформировать необходимые для реализации системных проектов композиции элементов сети требуемой емкости и производительности. Благодаря модульности построения и унификации используемых аппаратных и программных средств оборудование МСУ обеспечивает возможность организации гибкого и масштабируемого решения широкого спектра задач.
Адаптивность
МСУ легко интегрируется в существующие сети и не требует установки дополнительных конвертеров. Такая степень адаптации к существующей сетевой инфраструктуре позволяет организовать плавную поэтапную модернизацию сети, что является экономически наиболее эффективным путем развития существующих сетей.
Возможность подключения различных абонентских устройств
К МСУ в качестве оконечных абонентских устройств могут быть подключены как традиционные аналоговые телефонные аппараты, модемы, факсы, ISDN-терминалы, так и терминалы сети с коммутацией пакетов, в том числе: IP- телефоны, компьютеры (ноутбуки) и программные телефоны, IP-видеокамеры и разнообразные цифровые датчики, приборы и сенсоры. Оборудование МСУ предусматривает возможность подключения абонентских устройств как проводного, так и беспроводного широкополосного доступа.
Широкий спектр современных предоставляемых услуг
МСУ обладает широкими функциональными возможностями как по предоставлению услуг АТСЦ, так и по реализации расширенного спектра принципиально новых услуг, востребованных в современных бизнес-моделях, например таких, как:
- аудио- видео- конференции;
- реализация услуги Triple play;
- «интеллектуальное здание» - комплексное решение по интеграции в новые жилищные комплексы и производственные здания перспективных систем телекоммуникаций, управления функциями жизнеобеспечения и безопасности здания;
- IP-видеонаблюдение;
- телемедицина;
- дистанционное образование.
В состав услуг МСУ также входят:
- Передача мультимедийных сообщений;
- Автодозвон;
- Управление переадресациями;
- Запрет входящей и исходящей связи;
- Голосовые приветствия и подсказки;
- Удержание вызова;
- Передача вызова;
- Просмотр пропущенных вызовов;
- Создание групп пользователей;
- Голосовая почта;
- Ограничение входящей или исходящей связи;
- Секретарь директора;
- Интерактивное голосовое меню-IVR;
- Цифровой секретарь;
- Парковка вызова;
- Автоматическое оповещение;
- Запись телефонных разговоров;
- "Следуй за мной";
- «Не беспокоить";
- Будильник;
- Точное время;
- Аудиоконференция;
- Селекторное совещание;
- Двухсторонняя и многосторонняя видеоконференц-связь;
- Автоинформатор.
Предлагаемый мультисервисный сетевой узел изготавливается и поставляется ФГУП ЛОНИИС под торговой маркой «САПФИР».
МСУ представляет собой аппаратно-программный комплекс, который построен на основе следующих компонентов:
Адаптер 1 абонентского оборудования разработки ФГУП ЛОНИИС содержит блок абонентского оборудования, который состоит из группы абонентских комплектов и сопроцессора абонентской сигнализации. Блок абонентского оборудования (SUB) выполняет аналого-цифровое преобразование речевого сигнала аналогового абонента станции. В SUB производится концентрация нагрузки, вследствие чего каждое SUB емкостью 256 абонентов соединяется с транспортными медиа-шлюзами по внутристанционным линиям ИКМ со структурой цикла и
скоростью передачи 2 Мбит/с. Каждая линия ИКМ включает 30 разговорных временных интервалов и один временной интервал для сигнализации. Функции управления, осуществляемые в блоке в реальном масштабе времени, выполняет сопроцессор абонентской сигнализации (SSCP). Один SSCP обслуживает 128 абонентские линии, таких процессоров в SUB емкостью 256 абонента - два. Абонентский модуль состоит из сопроцессора абонентской сигнализации (SSCP) и от 1 до 8 ТЭЗов абонентских комплектов (АК16), содержащих максимально 128 абонентских линии. Сопроцессор абонентской сигнализации (SSCP) рассчитан на работу с обычными абонентскими комплектами, также возможно подключение до 8 таксофонов вместо обычных АК. Комплект абонентский АК16 обеспечивает питание микрофонной цепи аналогового телефонного аппарата (ТА), подачу вызывного сигнала в сторону ТА, трансляцию речевых сигналов абонентов. На плате АК16 размещается индивидуальное абонентское оборудование для шестнадцати абонентов, устройства управления и приемник ИКМ сигнала.
Сигнальный шлюз 2 реализован на промышленном компьютере (ПК), укомплектованном:
- Системной платой с процессором Pentium IV 2.4 Ггц и оперативной памятью типа DDR 400 объемом 512 Мб;
- Накопителем 120 Гб;
- Видеоадаптером VGA.
ПК сигнального шлюза имеет следующие интерфейсы:
- Разъем для подключения адаптера внешнего питания;
- Порты USB 2.0 для подключения периферийных устройств;
- Разъем RJ-45 для подключения к локальной сети Ethernet;
- Разъем VGA для подключения внешнего монитора;
- LPT-интерфейс для подключения принтера;
- Порт последовательного интерфейса типа RS-232.
Программное обеспечение сигнального шлюза разработано во ФГУП ЛОНИИС.
Транспортный медиа-шлюз 3 разработан во ФГУП ЛОНИИС и выполнен в виде блока (ТЭЗ) по так называемому «мезонинному принципу», т.е. на одной плате,
называемой транспортной, устанавливаются относительно независимые «мезонинные платы», реализующие необходимые функции.
На транспортной плате MG располагается коммутационная матрица размерностью 16*16 ИКМ трактов, интерфейсные микросхемы, источники питания и ряд вспомогательных микросхем, а также одиннадцать контактных площадок для установки «мезонинных модулей». Количество «мезонинных модулей» может различаться в зависимости от условий поставки.
Всего предусмотрено три типа таких модулей TMS, WIZnet, ADSP:
- Модуль TMS выполняет все интеллектуальные функции платы. Этот модуль реализован на цифровых сигнальных процессорах (DSP) Texas Instruments TMS320C6713. Кроме самого процессора здесь расположены ОЗУ, ПЗУ и кварцевый генератор. Каждый из модулей TMS предназначен для обработки двух каналов Е1. На транспортной плате устанавливается до пяти таких модулей;
- Модуль WIZnet IIM7010A - обеспечивает физический выход в Ethernet по протоколам TCP/IP, с поддержкой ограниченного числа соединений. Каждый такой модуль управляется отдельным модулем TMS;
- Модуль ADSP - обеспечивает реализацию функций АОН и выполнен на трех процессорах Analog Device. Каждый процессор имеет собственное ПЗУ.
Коммутаторы 4 Ethernet предназначены для организации надежных высокоскоростных каналов связи и коммутации требуемых устройств.
Выбор коммутаторов Ethernet определяется конфигурацией МСУ, т.е. количеством и типом устройств и сетевых интерфейсов. Порты коммутаторов обеспечивают подключение по стандартам:
- IEEE 802.3 10BASE-T Ethernet (медная витая пара);
- IEEE 802.3u 100BASE-TX Fast Ethernet (медная витая пара);
- E 802.3ab 1000BASE-T Gigabit Ethernet (медная витая пара).
Все порты поддерживают управление потоком методом IEEE 802.3х. Это позволяет избежать потери пакетов при переполнении буфера порта принимающего устройства. Также порты коммутаторов производят автосогласование скоростей и автоопределение режимов дуплекса/полудуплекса.
Адаптер 5 сетевой. В качестве адаптера сетевого в МСУ применяется блок (ТЭЗ) разработки ФГУП ЛОНИИС - «Комплект оконечный станционный ETM-Z».
ТЭЗ ETM-Z содержит четыре станционных комплекта, каждый на поток 2048 кби/с, предназначенных, как для приема сигнала из ИКМ тракта, так и для передачи сигнала в ИКМ тракт, в соответствии с Рекомендациями МСЭ-Т G703, G.704.
Блок ETM-Z осуществляет функции:
- приема сигнала из линии ИКМ;
- передачи сигнала в линию ИКМ;
- буферизации сигнала, принятого из линии ИКМ для устранения в нем фазовых дрожаний.
При установке дополнительного ТЭЗ ETMO-Z обеспечиваются прием и передача потока Е1 в волоконно-оптическую линию связи (ВОЛС).
Серверы технологические,к которым относятся: сервер 6 Прокси, сервер 7 DNS, сервер 8 регистрации и сервер 9 управления реализуются на промышленных компьютерах с техническими характеристиками аналогичными тем, которые используются ПК сигнальных шлюзов. Программное обеспечение каждого из серверов разработано во ФГУП ЛОНИИС.
Сервер 10 услуг выполняется на базе промышленных компьютеров с более высокими требованиями к их производительности по сравнению с другими серверами. Параметры ПК сервера услуг определяются видом сервисов и составом услуг, а также абонентской емкостью. Программное обеспечение сервера услуг разработано во ФГУП ЛОНИИС.