АВТОРЕФЕРАТ МАГИСТЕРСКОЙ ВЫПУСКНОЙ РАБОТЫ

на тему:

ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ ПОСТРОЕНИЯ И ОПТИМИЗАЦИЯ СТРУКТУРЫ
РЕГИОНАЛЬНОЙ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННОЙ СЕТИ

Выполнил магистрант группы ТКС-97

Котов Сергей Владимирович

Руководитель доц. Турупалов В.В.

Донецк - 2002г.

1. Научная новизна

На сегодняшний день в Украине очень слабо развита сфера телекоммуникаций. В крупных городах постоянно возникают операторы, представляющие новые технологии и новые стандарты, а в малых городах и сельской местности зачастую недоступна обычная телефонная связь, не говоря уже об Интернет. Кроме того, следует отметить разрозненность вновь создаваемых сетей. Тому есть несколько объективных причин. Среди них и монополия на магистральные каналы национального оператора связи – компании «Укртелеком», и нежелание мелких компаний-операторов вкладывать большие деньги в реконструкцию существующих сетей, и отсутствие чёткого понимания оптимальной структуры единой телекоммуникационной сети, как на общегосударственном, так и на региональном уровне.

2. Практическая ценность

В данной исследовательской работе на основе анализа существующих телекоммуникационных сетей Украины, а также мировых тенденций и возможностей аппаратуры предлагается способ объединения всех сетей в единую национальную мультисервисную сеть на основе протокола IP. При этом указаны преимущества новой технологии как пути интеграции в европейские телекоммуникационные сети.

3. Содержание работы

Рассмотрим основные виды телекоммуникационных сетей, встречающихся на Украине.

1. Телефонная сеть общего пользования

Прежде всего, это телефонная сеть общего пользования (ТСОП), которая сформировалась в 80-х годах прошлого столетия. Основными элементами данной сети являются декадно-шаговые, координатные, квазиэлектронные и цифровые автоматические телефонные станции (АТС). Все эти АТС связаны в единую сеть с помощью общеканальной системы сигнализации ОКС №7. ОКС №7 – это архитектура для выполнения высокоскоростной внеполосной пакетной сигнализации в поддержке создания вызова, биллинга, маршрутизации, функций обмена информацией в ТСОП; она определяет функции, которые выполняются общеканальной сигнальной сетью, и протоколы для успешного исполнения. Общая структура ТСОП приве дена на рисунке №1.

Рисунок 1. Структура телефонной сети общего пользования

2. Сети сотовой связи

Область сотовой связи на Украине представлена несколькими стандартами. Прежде всего, это аналоговый стандарт NMT и цифровой стандарт GSM, занимающие на сегодняшний день большую долю рынка услуг сотовой связи. Структурная схема сети стандарта GSM приведена на рисунке №2.

Рисунок 2. Функциональное построение и интерфейсы в стандарте GSM.

На данном рисунке обозначены MSC (Mobile Switching Centre) - центр коммутации подвижной связи; BSS (Base Station System) - оборудование базовой станции; ОМС (Operations and Maintenance Centre) - центр управления и обслуживания; MS (Mobile Stations) - подвижные станции.

Функциональное сопряжение элементов системы осуществляется рядом интерфейсов. Все сетевые функциональные компоненты в стандарте GSM взаимодействуют в соответствии с системой сигнализации МККТТ ОКС №7.

Центр коммутации подвижной связи обслуживает группу сот и обеспечивает все виды соединений, в которых нуждается в процессе работы подвижная станция. MSC аналогичен ISDN коммутационной станции и представляет собой интерфейс между фиксированными сетями (PSTN, PDN, ISDN и т.д.) и сетью подвижной связи. Он обеспечивает маршрутизацию вызовов и функции управления вызовами. Кроме выполнения функций обычной ISDN коммутационной станции, на MSC возлагаются функции коммутации радиоканалов. К ним относятся "эстафетная передача", в процессе которой достигается непрерывность связи при перемещении подвижной станции из соты в соту, и переключение рабочих каналов в соте при появлении помех или неисправностях.

Каждый MSC обеспечивает обслуживание подвижных абонентов, расположенных в пределах определенной географической зоны (например, Донецкая область). MSC управляет процедурами установления вызова и маршрутизации. Для телефонной сети общего пользования (PSTN) MSC обеспечивает функции сигнализации по протоколу SS7, передачи вызова или другие виды интерфейсов в соответствии с требованиями конкретного проекта.

MSC не только участвует в управлении вызовами, но также управляет процедурами регистрации местоположения и передачи управления, кроме передачи управления в подсистеме базовых станций (BSS). Регистрация местоположения подвижных станций необходима для обеспечения доставки вызова перемещающимся подвижным абонентам от абонентов телефонной сети общего пользования или других подвижных абонентов. Процедура передачи вызова позволяет сохранять соединения и обеспечивать ведение разговора, когда подвижная станция перемещается из одной зоны обслуживания в другую. Передача вызовов в сотах, управляемых одним контроллером базовых станций (BSC), осуществляется этим BSC. Когда передача вызовов осуществляется между двумя сетями, управляемыми разными BSC, то первичное управление осуществляется в MSC. В стандарте GSM также предусмотрены процедуры передачи вызова между сетями (контроллерами), относящимися к разным MSC.

3. Сети передачи данных.

Сети передачи данных представлены многообразием архитектурных и технологических решений, причём в зависимости от решаемых задач они базируются и на различных сетевых и транспортных протоколах. Небольшие корпоративные сети, как правило, основываются на технологии Ethernet. Крупные сети, предъявляющие более высоки е требования к надёжности и качеству, могут выбрать технологию ATM. В качестве магистралей используются каналы транспортной сети SDH, радиорелейные или спутниковые каналы. Для домашнего подключения к сети Интернет, а также в небольших офисах используются коммутируемые каналы ТСОП.

Рисунок 3. Структура сети Интернет-доступа.

4. Интеллектуальная сеть.

Понятие интеллектуальной сети (Intelligent Network) или IN тесно связано с предоставлением пользователям коммутируемой телекоммуникационной сети расширенного и постоянно совершенствующегося набора услуг. Сначала операторы пытались увеличить количество дополнительных услуг дооборудованием АТС специальным блоком. С появлением потребности передачи данных в больших объемах с высокой скоростью, в том числе и по коммутируемым каналам, появилась цифровая сеть с интеграцией услуг ISDN, позволяющая коммутировать цифровые потоки, содержащие любую информацию: речь, данные, сжатое видео и т.п., а также обладающая большим количеством дополнительных видов обслуживания. Однако, недостаточная стандартизация, а также необходимость замены программного обеспечения каждой ISDN-станции при введении новых услуг потребовали поиска нового решения. И вот, появилась концепция интеллектуальной сети.

Идея IN состоит в отделении процесса традиционной коммутации вызовов от процесса введения новых услуг. Для этого необходимо иметь определенные интерфейсы между коммутаторами сети и специальным устройством, называемым «интеллектуальной надстройкой» или «платформой IN», и определение типов данных, передаваемых по ним. Модернизация услуг в этом случае производится лишь модернизацией программного обеспечения «платформы IN». Это позволяет быстро и экономично внедрять на существующих сетях любые услуги вне зависимости от производителей коммутационного оборудования. Общий упрощенный вид интеллектуальной сети приведен на рисунке №4.

Рисунок 4. Упрощённая структура интеллектуальной сети

В узле управления услугами SCP(Service Control Point) содержится основной «интеллект» в виде определенных запрограммированных алгоритмов оказания услуг и набора различных баз данных. Узел коммутации услуг (SSP - Service Switching Point) распознает вызовы к IN, поступающие от сети общего пользования, и направляет их в SCP для обработки, являясь интерфейсом к "платформе IN". "Платформа IN" может содержать и несколько SCP и SSP. Система управления услугами SMS (Service Management System) может вводить новые услуги, корректировать старые, в ней хранятся данные обо всех оказываемых услугах, об абонентах и их допуске к определенным услугам, а также оригиналы всех программ обслуживания. Разумеется, IN может быть создана не только на телефонной сети. В данном случае сеть общего пользования и "платформа IN" могут развиваться независимо друг от друга, а на первый план выходит задача разработки интерфейса между ними.

Обмен информацией между узлами «платформы IN» производится с помощью интерфейса SS7, который применяется на цифровых телефонных сетях для сигнализации. Это высокоскоростная сеть с коммутацией пакетов, параллельная обычной сети передачи речи и данных, которая обеспечивает передачу сигнальной информации в режиме, ориентированном на соединение, и в режиме транзакций (не ориентированном на соединение), что и позволяет предоставлять различные услуги. Для предоставления услуг «платформа IN» в процессе установления соединения должна выполнить много транзакций в виде просмотра баз данных, различных подтверждений, трансляций вызовов и т.п. Набор основных услуг CS-1 (Capability Set) интеллектуальной сети включает услуги бесплатного вызова, разделенной оплаты, создания корпоративных сетей, перенаправления вызова и др. На сегодняшний день ведется работа по стандартизации следующих наборов CS-2 и CS-3.

IN поддерживает телефонные сети общего пользования, сети подвижной радиотелефонной связи, сети передачи данных и др., а также широкий спектр услуг, включая (но, не ограничиваясь этим) все существующие и будущие услуги узкополосной N-ISDN и широкополосной B-ISDN. Реальное воплощение концепции IN может соблюдаться только при выполнении следующих условий:

• коммутационные станции являются системами с программным управлением;
• на участке SSP-SCP используется система общеканальной сигнализации, содержащая необходимые подсистемы пользователя;
• доступ абонента к коммутационной станции осуществляется посредством терминала с частотным набором или через интерфейс user-network ISDN.

Таким образом, IN может создаваться для абонентов, включенных в цифровые коммутационные станции. Для абонентов аналоговых АТС может быть введено лишь небольшое число услуг IN (в том числе «услуга 800»), что связано со сложностями установки дополнительных регистров. Вследствие чего целесообразно использовать аналоговые АТС как транзитные, с осуществлением доступа к «услуге 800» через набор префикса выхода на АМТС (индекс «8»), тем самым определять АМТС как место размещения SSP.

Основным недостатком такого решения можно считать лишь использование ресурсов междугородной телефонной сети для связи в пределах города. С другой стороны, «услуга 800» и ей подобные обычно столь широко используют междугородную сеть, что местный трафик не будет определяющим в тех информационных потоках, которые присущи IN.

5. IP - перспектива объединения всех сетей

Таким образом, сегодня на Украине присутствует огромное число различных сетей, имеющих различную пропускную способность, скорость передачи, качество обслуживания. В условиях постоянного возрастания требований клиентов к предоставлению всё большего и большего вида новых услуг, неэффективность существующей телекоммуникационной сети очевидна.

При этом резко встаёт вопрос объединения различных сетей. Но с помощью какой технологии? В сложившейся ситуации на мировом рынке все исследователи дают однозначный ответ – с помощью технологии IP. Почему IP? Тому есть несколько объективных причин:

• основным недостатком телефонных сетей с коммутацией каналов является неэффективное использование полосы канала – во время пауз в речи канал не несёт никакой полезной нагрузки. В IP-телефонии за счёт фильтрации пакетов с речевыми паузами уплотнение канала может доходить до 60%;
• протокол IP не требует выделенного канала для сигнализации;
• более низкие цены на традиционные услуги связи для пользователей;
• появление новых видов услуг, существование которых в разрозненных сетях было экономически невыгодным;
• снижение стоимости «интеллектуальных услуг» (в том числе «услуги 800»), как использующих преимущественно междугородний трафик;
• при увеличении числа вызовов в ЧНН в телефонии абонент получает отказ в обслуживании, если заняты все соединительные линии. В случае IP-телефонии просто происходит небольшое ухудшение качества, достаточное для восприятия речи.

Рисунок 5. Архитектура сети Н.323

На рисунке №5 представлена архитектура сети IP-телефонии, предложенная Международным союзом электросвязи в семействе рекомендаций Н.32х. Данный стандарт объединяет:

• узкополосные цифровые коммутируемые сети, включая ISDN (Н.320);
• широкополосные сети ISDN и ATM (Н.321);
• пакетные сети с гарантированной полосой пропускания (Н.322);
• телефонные сети общего пользования (Н.324).

В современных условиях отмечается резкий рост мультимедийного трафика, для которого малопригодны существующие магистральные каналы связи, однако применение новых методов мультиплексирования с разделением каналов по длине волны позволяет на несколько порядков увеличить скорость передачи по уже проложенным на сегодня ВОЛС. Кроме того, усиленно ведётся разработка спецификаций QoS (Quality of Service) качества обслуживания с целью приоретизации голосовых пакетов и соответственно повышения качества голосовой связи.

На уровне обычных пользователей в ближайшее время оптимальным решением, обеспечивающим доступ ко всем услугам IP-сети должна стать технология DSL, позволяющая использовать уже существующие абонентские линии со значительным увеличением пропускной способности.

Для корпоративных абонентов, пользующихся услугами как УПАТС, так и Интернет-каналов, использование IP-телефонии также обеспечивает значительные преимущества, поскольку уже сегодня многие УПАТС дорабатываются IP-шлюзом и позволяют вести голосовую связь двумя альтернативными способами: через IP-сеть либо обычной коммутацией каналов. Что является удобным, например, при резком возрастании трафика данных.

Сети сотовой связи стандарта GSM также имеют возможность повышения производительности своих сетей. Этому условию удовлетворяет технология GPRS, которая, кроме того, обеспечивает эволюционный переход к системам 3-го поколения. GPRS можно рассматривать как надстройку над GSM-сетью второго поколения. При этом на канальном уровне в аппаратуре и программном обеспечении базовых станций и контроллера вводятся новые режимы многопользовательского использования временных интервалов, а на структурном уровне – в сети появляются новые узлы пакетной коммутации: SGSN и GGSN (см. рисунок №6).

Рисунок 6. Архитектура GPRS

Узел SGSN (Serving GPRS Support Node) – по сути является MSC с коммутацией пакетов. GGSN (Gateway GPRS Support Node) – шлюзовой узел, являющийся интерфейсом к внешним IP-сетям, корпоративным интрасетям и т.д.

4. Результаты работы

Таким образом, на сегодняшний день в Украине существуют все предпосылки для объединения сетей на базе протокола IP. Преимущества очевидны: мультимедийный и Интернет-трафик растут «не по дням, а по часам». С учётом количества новых видов услуг и объёмов передаваемой информации голосовой трафик скоро не будет стоить абсолютно ничего.

5. Литературные источники