Распределение и установка программного обеспечения (Configuration Management). Администратор может создать пакеты рассылки нового программного обеспечения, которое необходимо инсталлировать на всех компьютерах сети или на какой-либо группе компьютеров. В большой сети, где проявляются преимущества СУ, такой способ инсталляции может существенно уменьшить трудоемкость этой процедуры. Система может также позволять централизованно устанавливать и администрировать приложения, которые запускаются с файловых серверов, а также дать возможность конечным пользователям запускать такие приложения с любой рабочей станции сети.

Удаленный анализ производительности и возникающих проблем (Fault Management and Performance Management). Эта группа функций позволяет удаленно измерять наиболее важные параметры компьютера, операционной системы (например, коэффициент использования процессора, интенсивность страничных прерываний, коэффициент использования физической памяти, интенсивность выполнения транзакций). Для разрешения проблем эта группа функций может давать администратору возможность брать на себя удаленное управление компьютером в режиме эмуляции графического интерфейса популярных операционных систем. База данных системы управления обычно хранит детальную информацию о конфигурации всех компьютеров в сети для того, чтобы можно было выполнять удаленный анализ возникающих проблем.

Как видно из описания функций системы управления системами, они повторяют функции системы управления сетью, но только для других объектов. Действительно, функция учета используемых аппаратных и программных средств соответствует функции построения карты сети, функция распределения и установки программного обеспечения - управления конфигурацией коммутаторов и маршрутизаторов, а функция анализа производительности и возникающих проблем - функции производительности.

Кроме описанного разделения задач управления на функциональные группы, существуют платформы сетевого управления, где задачи управления представляются в виде многоуровневой иерархической системы. Основополагающие принципы такого представления изначально были реализованы на базе модели (Взаимодействие Открытых Систем, ВОС), в соответствии с которой управление сетью является распределенным и обеспечивается функционированием всех входящих систем. А близость функций систем управления сетями и SMS позволила разработчикам стандартов ВОС не делать различия между ними и разрабатывать общие стандарты управления.

2.2 Многоуровневое представление задач управления сетью в соответствии с моделью ВОС

Базой приведенной модели управления сетью на основе ВОС являются рассмотренные выше функциональные группы задач управления сетью, выступающие в ней как прикладные процессы, которые обеспечивают (рис. 2.1) [10]:

устранение возникающих неисправностей;

поддержку высокой производительности и надежности сети;

защиту от несанкционированного доступа к передаваемой информации;

управление конфигурацией сети, в том числе и именами абонентов;

учет функционирования сети.

Прикладные процессы поддерживаются элементами сети модели ВОС. Уровни 1 - 6 являются обычными для системы, а уровень 7 владеет необходимой спецификой. Она состоит в том, что в верхней части прикладного уровня (7Б) располагается функциональный блок, который называется "Прикладные объекты системного управления" (Service Management Application Element, SMAE). Задачей этого блока является выполнение функций и предоставления сервиса, необходимого для работы прикладных процессов.

Рисунок 2.1 - Многоуровневое представление СУ сетью в соответствии с моделью ВОС

Рабочий режим SMAE поддерживается "Сервисным элементом управления ассоциацией" (Association Control Service Element, ACSE). "Прикладной объект системного управления" определяет набор протоколов и видов услуг, которые необходимы для потребностей административного управления, в том числе и для передачи управляющей информации между системами сетей. С этой целью объекты SMAE разных систем обмениваются один с другим необходимыми сообщениями. Эти операции выполняют "Прикладные процессы системного управления" (, System Management Application Process, SMAP). Они определяются двумя процедурами: протоколом протокол общей управляющей информации (Common Management Information Protocol, CMIP) и службой общей управляющей информации (Common Management Information Service, CMIS) (рис.2.2) [11]. Вместе с функциональными блоками "Услуга справочника" и "Элемент услуги управления ассоциацией" (Association Control Service Element, ACSE) указанные протоколы определяют структуру прикладного уровня модели управления сетью на основе ВОС. Блок "Услуга справочника" сохраняет сведения об объектах сети и их адресатах.

Рисунок 2.2 - Прикладной уровень модели управления ВОС

Административное управление требует предоставление информации о работе всех уровней системы. Поэтому в системе создается база данных, предназначенная для обеспечения управляющих прикладных процессов всей необходимой информацией. База в каждой системе состоит из основной части (рис. 2.1) и распределенных частей (Б, баз) на всех ее уровнях.

Задачей каждой уровневой части является сбор сведений о работе уровня, влияние на его объекты со стороны управляющих прикладных процессов. Управляющая информационная база каждого уровня соединена с соответствующим объектом административного управления (ОАУ) (рис.2.1), который в свою очередь взаимодействует с управляющими прикладными процессами и основной базой.

Объект административного управления получает информацию о работе соответствующего уровня. В этой информации содержатся данные наблюдений за функционированием протокола, сообщения о возникающих ошибках и изменении состояний, о потоках данных. ОАУ осуществляет также загрузку программ соответствующего уровня, руководит изменением протокольных параметров и ресурсов.

Административное управление уровнями оказывает содействие выполнению действий, направленных на управление ресурсами конкретных уровней систем, например, выполнение процесса маршрутизации на сетевом уровне. Что касается административного управления системами, то здесь выполняются действия, необходимые для управления теми ресурсами, которые связаны со всеми уровнями области взаимодействия открытых систем.

Таким образом, модель управления сетью на основе ВОС не делает различий между управляемыми объектами - каналами, сегментами локальных сетей, мостами, коммутаторами и маршрутизаторами, модемами и мультиплексорами, аппаратным и программным обеспечением компьютеров, БД. Все эти объекты управления входят в общее понятие "система", а управляемая система взаимодействует с управляющей системой по открытым протоколам ВОС.

2.3 Многоуровневое представление задач управления сетью в соответствии с моделью TMN

Применительно к системам управления сетями наиболее проработанным и эффективным для создания многоуровневой иерархической системы является стандарт сети управления телекоммуникациями (Telecommunication Management Network, TMN), разработанный совместными усилиями ITU-Т, ISO, ANSI и ETSI.

Хотя этот стандарт и предназначался изначально для телекоммуникационных сетей, но ориентация на использование общих принципов делает его полезным для построения любой крупной интегрированной системы управления сетями. Стандарты TMN состоят из большого количества рекомендаций ITU-Т (и стандартов других организаций), но основные принципы модели TMN описаны в рекомендации ITU-T М.3010.

На каждом уровне иерархии модели TMN решаются задачи одних и тех же пяти функциональных групп, рассмотренных выше (то есть управления конфигурацией, производительностью, ошибками, безопасностью и учетом), однако на каждом уровне эти задачи имеют свою специфику. Чем выше уровень управления, тем более общий и агрегированный характер приобретает собираемая о сети информация, а сугубо технический характер собираемых данных начинает по мере повышения уровня меняться на производственный, финансовый и коммерческий.

Модель TMN применительно к рассмотренным функциональным группам задач СУ упрощенно можно представить в виде двухмерной диаграммы (рис. 2.3) [12].

Рисунок 2.3 - Многоуровневое представление СУ сетью в соответствии с моделью TMN

Нижний уровень - уровень элементов сети (Network Element layer, NE) - состоит из отдельных устройств сети: каналов, усилителей, оконечной аппаратуры, мультиплексоров, коммутаторов и т.п. Элементы также могут содержать встроенные средства для поддержки управления - датчики, интерфейсы управления.

Современные технологии обычно имеют встроенные функции управления, которые позволяют выполнять хотя бы минимальные операции по контролю за состоянием устройства и за передаваемым устройством трафиком (технологии FDDI, ISDN, Frame Relay, SDH). В этом случае СУ сетью может не иметь специального блока управления, так как протокол технологии обязывает устройство поддерживать некоторые функции управления.

Устройства, которые работают по протоколам, не имеющим встроенных функций контроля и управления, снабжаются отдельным блоком управления, который поддерживает один из двух наиболее распространенных протоколов управления - SNMP или CMIP, относящиеся к прикладному уровню модели ВОС.

Второй уровень - уровень управления элементами сети (Network Element Management Layer, NEM) - представляет собой элементарные системы управления. Элементарные системы управления автономно управляют отдельными элементами сети, например, контролируют канал связи SDH, управляют коммутатором или мультиплексором. Уровень управления элементами изолирует верхние слои системы управления от деталей и особенностей управления конкретным оборудованием. Этот уровень ответственен за моделирование поведения оборудования и функциональных ресурсов нижележащей сети. Атрибуты этих моделей позволяют управлять различными аспектами поведения управляемых ресурсов. Обычно элементарные системы управления разрабатываются и поставляются производителями оборудования. Примерами таких систем могут служить системы управления CiscoView (компания Cisco Systems), Optivity (компания Bay Networks), RADView (компания RAD Data Communications).

Третий уровень - уровень управления сетью (Network Management layer, NM). Этот уровень координирует работу элементарных систем управления, позволяя контролировать конфигурацию составных каналов, согласовывать работу транспортных подсетей разных технологий и т.д. С помощью этого уровня сеть начинает работать как единое целое, передавая данные между своими абонентами.

Четвертый уровень - уровень управления услугами (Service Management layer, SM) - занимается контролем и управлением за транспортными и информационными услугами, которые предоставляются конечным пользователям сети. В задачу этого уровня входит подготовка сети к предоставлению определенной услуги, ее активизация, обработка вызовов клиентов. Формирование услуги заключается в фиксации в базе данных значений параметров услуги, например, требуемой средней пропускной способности, максимальных величин задержек пакетов, коэффициента готовности и т.д. В функции этого уровня входит также выдача уровню управления сетью задания на конфигурирование виртуального или физического канала связи для поддержания услуги. После формирования услуги данный уровень занимается контролем за качеством ее реализации, то есть за соблюдением сетью всех принятых на себя обязательств в отношении производительности и надежности транспортных услуг. Результаты контроля качества обслуживания нужны, в частности, для подсчета оплаты за пользование услугами клиентами сети.

Пятый уровень - Уровень бизнес-управления (Business Management layer, BM) занимается вопросами долговременного планирования сети с учетом финансовых аспектов деятельности организации, владеющей сетью. На этом уровне помесячно и поквартально подсчитываются доходы от эксплуатации сети и ее отдельных составляющих, учитываются расходы на эксплуатацию и модернизацию сети, принимаются решения о развитии сети с учетом финансовых возможностей. Уровень бизнес-управления обеспечивает для пользователей и поставщиков услуг возможность предоставления дополнительных услуг. Этот уровень является частным случаем уровня автоматизированной системы управления предприятием (АСУП), в то время как все нижележащие уровни соответствуют уровням автоматизированной системы управления технологическими процессами (АСУТП), если сопоставить телекоммуникационную или корпоративную сеть, как тип специфического предприятия.

3. Анализ технологий и протоколов систем сигнализации NGN

3.1 Протоколы сетей NGN

Сети NGN можно рассматривать в качестве сетевых решений, объединяющих фрагменты различных существующих сетей с применением свойственных этим сетям технологий. Соответственно, в NGN применяются как протоколы Интернет, так и протоколы ТфОП. Кроме того, некоторые протоколы NGN являются перспективными, прямо или косвенно затрагивая принципы взаимодействия сетей Интернет и ТфОП в рамках создания мультисервисной сети. Протоколы NGN с некоторой долей условности можно классифицировать следующим образом [13]:

базовые протоколы сети Интернет: IP, ICMP, TCP, UDP;

транспортные протоколы: RTP, RTCP;

сигнальные протоколы: SIP, H.323, SIGTRAN, MEGACO/H.248, MGCP, RSVP, SCTP, ISUP, BICC, SCCP, INAP;

протоколы маршрутизации: RIP, IGRP, OSPF, IS-IS, EGP, BGP, IDRP, TRIP;

протоколы информационных служб и управления: SLP, OSP, LDAP, SNMP;

протоколы услуг: FTP, SMTP, HTTP, кодеки G. xxx, H. xxx, факс Т.37, Т.38, IRP, NNTP.

Рассмотрим более подробно технологии сигнализации ОКС №7 и сигнализации IP-технологии - H.323, SIP.

3.2 Назначение системы ОКС №7

Система общеканальной сигнализации (ОКС №7) представляет собой стандартизованную на международном уровне общецелевую систему сигнализации, предназначенную для осуществления обмена сигнальной информацией в цифровых сетях связи с цифровыми программно-управляемыми станциями [13,14]. Система оптимизирована для работы по цифровым каналам со скоростью 64 кбит/с и позволяет осуществлять управление установлением соединения, а также передачу информации техобслуживания и эксплуатации. Она может также быть использована как надежная транспортная система для передачи других видов информации между станциями и специализированными центрами в сетях телекоммуникаций. Система ОКС №7 применяется на международных и национальных сетях и взаимодействует с другими системами сигнализации. Система применяется для обслуживания соединений ТфОП, включая ISDN, на сетях подвижной связи, для целей техэксплуатации и техобслуживания сетей; осуществляет взаимодействие с сетевыми базами данных и узлами систем управления сетями электросвязи; наличие системы сигнализации №7 является обязательным условием реализации интеллектуальной сети связи. Система сигнализации ОКС №7 является ключевым элементом построения современных сетей электросвязи.

ОКС №7 - это система сигнализации, при которой информация управления установлением соединения (сигнализация) для всех разговорных каналов и/или каналов передачи данных, которое передается в виде блоков данных (сигнальных сообщений) по одному общему каналу сигнализации, он может быть организован в любом временном интервале (кроме нулевого) одного из первичных трактов импульсно-кодовых модуляций (Pulse Code Modulation, PCM), входящих в пучок, соединяющий напрямую две взаимодействующие АТС [15].

Общеканальная сигнализация может рассматриваться как особый тип передачи данных, специализированный для передачи сигнализации и информационного обмена между процессорами узлов связи различного назначения. Для обеспечения надежности, требуемой в телефонных сетях общего пользования, система ОКС №7 обладает функциями обнаружения и коррекции ошибок, вызванных воздействием помех на средства передачи, и автоматической реконфигурации маршрутов в случае отказов сетевых элементов.

Как правило, для повышения надежности в другом PCM - тракте пучка, организуется резервный канал для передачи данных ОКС№7. Все остальные временные интервалы системы передачи (кроме нулевых) при использовании ОКС №7 могут быть задействованы для передачи речи или данных пользователя. Один канал ОКС №7 может обслуживать около 4000 разговорных каналов.

Архитектура системы ОКС №7 устроена так, что множество всех функций системы представлено в виде совокупности функциональных блоков (именуемых подсистемами), определенным образом взаимодействующих между собой и поддерживающих друг друга.

Первоначально спецификация ОКС №7 базируется на требованиях управления телефонными каналами. Чтобы удовлетворить эти требования, система ОКС №7 специфицирована в четырех уровнях - подсистем переноса сообщений, охватывающая уровни 1-3, и подсистемы-пользователи, как уровень 4 (рис.3.1). Когда возникли новые требования, например, для обмена информацией с базами данных, система ОКС №7 была расширена новыми функциями.

Основными подсистемами ОКС №7 являются [13, 15]:

подсистема переноса сообщений (Message Transfer Part, MTP);

подсистемы-пользователи (User Part, UP) услуг MTP.

Подсистема MTP формирует и предоставляет услуги переноса сигнальной информации в виде сигнальных сообщений от пункта-отправителя через сеть ОКС к пункту-адресату.

Рисунок 3.1 - Уровни модели ОКС №7

Пользователи услуг MTP - это подсистемы, которые, в свою очередь, предоставляют свои услуги либо подсистемам, расположенным выше, либо непосредственно пользователям системы ОКС №7, каковыми являются разнообразные прикладные процессы узлов сети связи (это, в частности, процессы управления коммутацией, процессы управления предоставлением тех или иных дополнительных услуг, процессы эксплуатационного управления).

Два первых уровня модели ОКС №7, выполняющих функции звена передачи данных и сигнального звена, обеспечивают обмен сигнальной информацией между двумя смежными пунктами сигнализации.

Три нижних уровня модели ОКС №7 образуют подсистему переноса сообщений MTP. В подсистеме MTP реализован в третий уровень - сетевой. Для переноса сообщений по сети ОКС №7 подсистема MTP использует дейтаграммный способ с эмуляцией работы по виртуальному каналу. Чтобы повысить надежность передачи сообщений по виртуальному каналу, сетевой уровень MTP предусматривает ремаршрутизацию сообщений при перегрузке или при отказе основного маршрута или смежного узла.

Для поддержки новых услуг (в том числе, услуг интеллектуальной сети и мобильной связи) и для реализации недостающих функций сетевого уровня OSI в модель ОКС №7 введена подсистема управления сигнальными соединениями (Signaling Connection Controlpart, SCCP). Подсистемы MTP и SCCP совместно образуют подсистему сетевых услуг (Network service part, NSP). Используя услуги МТР, подсистема SCCP обеспечивает организацию в сети ОКС №7 виртуальных соединений и может предоставлять сетевые услуги как ориентированные на такие соединения, так и не требующие их создания.

Возможности МТР в области адресации являются ограниченными, так как эта подсистема может направлять сообщения только в те логические точки пункта сигнализации, адреса которых указаны в четырехбитовом поле индикатора службы октета SIO. Подсистема SCCP имеет расширенные возможности, рассматривая всех своих локальных пользователей подсистемы (обращение к которым происходит путем использования их номеров) и применяя при адресации сообщений совокупность кода пункта назначения с номером подсистемы. Для идентификации конкретного адреса может обеспечиваться вычисление кода пункта сигнализации и номера подсистемы из так называемого глобального адреса (Global Title, GT).

Глобальный адрес может содержать телефонный или ISDN-номер, номер терминала сети передачи данных или номер любой другой специализированной сети. Услуги вычисления (перевода) адресной информации из GT могут применяться, например, в случае обращения к дублированным базам данных интеллектуальной сети. Там, где базы данных функционируют в режиме с резервированием, исходящей АТС неизвестно, какая именно из них в данный момент является рабочей. В этом случае запрос с GT направляется в SCCP, ближайшей к необходимой паре баз данных и имеющей сведения об их статусе. Эта SCCP затем может дополнить (заменить) глобальный адрес на код пункта назначения и номер подсистемы той базы данных, которая активна в этот момент времени.

В дополнение к расширенным возможностям адресации подсистема SCCP предоставляет четыре, различные по надежности, класса обслуживания (режима доставки сообщений), которые могут быть затребованы вышестоящей подсистемой. Такое разделение функций между двумя подсистемами оправдывается следующими соображениями:

во-первых, далеко не для всех протоколов сигнализации нужны расширенные функциональные возможности SCCP в отношении адресации и режимов повышенной надежности доставки сообщений;

во-вторых, благодаря выделению функций SCCP в отдельную подсистему оказалось возможным оптимизировать характеристики уровня 3 подсистемы МТР. Необходимость же применения SCCP вызвана тем, что многие приложения, использующие систему ОКС №7, не требуют одновременного установления речевой связи, использование для них подсистем-пользователей является неэффективным.

Четвертый уровень модели ОКС №7 образуют подсистемы-пользователи услугами MTP и/или SCCP, такие как:

подсистема-пользователь, поддерживающая сигнализацию телефонной сети (Telephone User Part, TUP);

подсистема-пользователь поддерживающая сигнализацию сети передачи данных (Data User Part, DUP);

подсистема-пользователь поддерживающая сигнализацию (ISDN User Part, ISUP) телефонной сети, сети передачи данных и цифровой сети интегрального обслуживания (ISDN);

прикладная подсистема поддержки транзакций (Transaction capabilities application part, TCAP);

подсистема-пользователь, поддерживающая сигнализацию широкополосной ISDN (B-ISDN User Part, B-ISUP);

прикладная подсистема-пользователь, поддерживающая сигнализацию сетей подвижной связи (Mobile Application Part, MAP);

прикладная подсистема интеллектуальной сети (Intelligent Network Application Part, INAP);

прикладная подсистема эксплуатационного управления (Operation, maintenance and administration part, OMAP).

Подсистемы-пользователи и прикладные подсистемы получают от MTP услуги по доставке информации в сети. В частности, MTP предоставляет транспортную услугу без предварительного установления сигнального соединения, но с упорядоченной последовательностью передачи сообщений.

Подсистема ISUP предназначена для установления, поддержания и освобождения соединений в телефонных сетях и сетях ISDN с целью передачи речи и данных пользователя. Подсистема пришла на смену подсистемам TUP и DUP, которые предназначались для выполнения тех же задач, но индивидуально в телефонных сетях и в сетях передачи данных. Кроме управления соединениями и каналами, ISUP поддерживает предоставление основных и дополнительных услуг ISDN, таких как переадресация вызовов по различным условиям, передачу данных, видеоконференции.

Подсистема TCAP совместно с SCCP применяется при обмене транзакциями для запроса выполнения операций в удаленных базах данных. При этом подсистема SCCP предоставляет для TCAP услуги управления логическими соединениями сигнализации и возможности маршрутизации сообщений на основе логических адресов. В функции TCAP входит установление связи с удаленной базой данных, выполнение запроса операции, выборка данных из базы и их передача в сообщении TCAP в узел, инициировавший запрос.

Протокол MAP используется совместно с TCAP и SCCP для обеспечения механизмов запроса и передачи информации идентификации и текущего местоположения абонента в сети из базы данных одной сети в другую.

Подсистема INAP используется в интеллектуальных сетях для поддержки взаимодействия между прикладными процессами исходящей АТС/АМТС с функциями узла коммутации услуг и узлом управления услугами.

Подсистема OMAP также использует услуги TCAP и SCCP и предназначена для удаленного эксплуатационного управления узлами сети ОКС №7 из одного центра.

Подсистема B - ISUP используется для установления, поддержания и освобождения широкополосных соединений в цифровых сетях интегрального обслуживания, основанных на принципах АТМ.

3.3 Архитектура H.323

H.323 охватывает технические требования к передачи речи, видео и данными по пакетным сетям, а также к связи с сетями, которые базируются на коммутации каналов (PSTN/ISDN/GSM для речевой коммуникации и ISDN для видео телефонии). Рекомендация также определяет архитектуру сети H.323. Главные элементы сетей H.323 [15]:

H.323 терминал;

H.323 шлюз (gateway);

H.323 контроллер зоны или привратник (gatekeeper);

модуль управления многосторонней конференцией (Multipoint Control Unit, MCU);

H.323 разграничитель (border element).

Терминал H.323 основной и обязательный элемент сети H.323. Возможно функционирование сети H.323 состоящей только из терминалов H.323, так как можно установить непосредственную коммуникацию между двумя терминалами без помощи других элементов сети H.323. Терминал H.323 может быть реализован как программное приложение на персональном компьютере, а также и как самостоятельное устройство.

Терминал H.323 это элемент сети, который обеспечивает возможность двусторонней коммуникации речью, видео или данными с другим терминалом в реальном времени. Кроме коммуникации с другим терминалом, H.323 терминал может взаимодействовать и со шлюзом H.323, или с модулем управления многосторонней конференцией. Коммуникацию с межсетевым шлюзом, модулем MCU и другими терминалами H.323 терминал осуществляет, обмениваясь с ними сообщениями протокола управления вызовом (H.225.0 - CS) и протокола H.245, а с модулем управления, кроме упомянутых сообщений, обменивается и сообщениями H.225.0 - RAS.

Межсетевой шлюз H.323 это элемент локальной сети, который обеспечивает возможность двусторонней мультимедийной коммуникации терминала H.323, межсетевого шлюза H.323 или модуля MCU с ITU терминалом в сети с коммутацией каналов (Switched Circuit Network, SCN), в узкополосной или широкополосной ISDN сети, или с другим межсетевым шлюзом H.323. Межсетевой шлюз не обязательный элемент сети H.323. Например, если коммуникация осуществляется исключительно внутри сети H.323, межсетевой шлюз не требуется. Функцией межсетевого шлюза H.323 является преобразование сигнализационных протоколов, способа передачи, процедур коммуникации и способа кодирования. Таким образом, межсетевой шлюз H.323 обеспечивает возможность взаимодействия пользователей разных технологий.

Рекомендация Международного союза электросвязи (МСЭ-Т) Н.323 определяет основы процесса передачи аудио, видео и данных по сетям с коммутацией пакетов, например по сетям IP. В ней описаны объекты, необходимые для мультимедийной связи, их функции и способы взаимодействия, в частности алгоритмы формирования пакетов, сжатия аудио - и видеоинформации.

Для выполнения действий сигнализации между шлюзами и контроллер зоны H.323 в соответствии с Рекомендацией МСЭ-Т Н.323 должны использоваться следующие протоколы [13,15]:

сигнализация RAS (Registration, Admission, Status);

сигнализация Q.931 (согласно Н.225.0);

протокол управления Н.245.

1. Сигнализация RAS.

Протокол сигнализации RAS (регистрации, подтверждения и состояния) применяется для передачи служебных сообщений между терминалами и контроллером зоны Н.323. RAS-сообщения служат для регистрации терминалов, допуска их к сеансу связи, изменения используемой полосы пропускания, информирования о состоянии сеанса и его прекращении. В отсутствии контроллера зоны протокол RAS не задействуется.

Функции сигнализации RAS используют сообщения протокола Н.225.0. Канал сигнализации RAS не зависит от канала управления вызовом и канала управления Н.245.

С помощью сигнализации RAS осуществляться:

нахождение контроллер зоны (gatekeeper), на котором возможна регистрация оконечного оборудования;

регистрация оконечного устройства;

определение географического положения оконечного устройства;

указание необходимой полосы пропускания;

изменение полосы пропускания.

Передача сообщений RAS осуществляется в дейтаграммах (User Datagram Protocol, UDP). Для адресации RAS должна использоваться адресная информации, в которую входят:

сетевой адрес оборудования;

идентификатор TSAP (Transport Layer Service Access Point);

мнемонический адрес (Alias Address).

Сетевой адрес является адресом в формате, используемом в сети с коммутацией пакетов, например, адрес в форматах IPv4, IPv6, IPX, NetBIOS.

Рисунок 3.2 Положение H.225.0 в стеке протоколов H.323

Идентификатор TSAP используется для идентификации информационных потоков, отправленных с одного сетевого адреса. Для gatekeeper выделены постоянные значения идеyтификатора TSAP: 1718 (для поиска gatekeeper) и 1719 (для передачи сообщений сигнализации RAS).

Alias Address служит для адресации оконечного оборудования в удобной пользователю форме. Адресом может быть на пример, телефонный номер в формате ЕЛ 64, телефонный номер в корпоративной сети, адрес электронной почты. Gatekeeper не имеет мнемонического адреса.

2. Сигнализация H.225.0 (Q.931) и протокол управления Н.245.

Стандарт H.225 описывает протоколы сигнализации и формирования пакетов в системах пакетной передачи мультимедийного трафика. Канал управления вызовами H.225.0 используется для установления и разрыва соединений между двумя терминалами H.323, а также между терминалом и шлюзом. Служебные сообщения этого протокола передаются поверх TCP или UDP (рис.3.2). Соответствующий механизм H.225.0 основан на протоколе Q.931, который был разработан для сетей ISDN. Он обеспечивает предоставление целого ряда дополнительных видов обслуживания и возможность взаимодействия с сетями, базирующимися на коммутации каналов. Канал управления вызовом не зависит от канала RAS и канала управления Н.245.

Рекомендация Н.245 определяет синтаксис и семантику терминальных сигнальных сообщений, а также процедур, которые используются для передачи их в полосе разговора в начале или в течение сеанса связи. Определены процедуры подтверждения сигнальной информации для обеспечения гарантии надежной передачи аудиовизуальной информации и данных.

Протокол управления мультимедийной передачей Н.245 обеспечивает:

согласование возможностей компонентов;

установление и разрыв логических каналов;

передачу запросов на установление приоритета;

управление потоком (загрузкой канала);

передачу общих команд и индикаторов.

3. Сигнализация Н.450.

Дополнительные услуги в сетях IP-телефонии определяет семейство рекомендаций Н.450. Так, 450.1 описывает протокол сигнализации между двумя компонентами сети, позволяющий предоставлять дополнительные услуги, а 450.2 - механизмы услуги трансформации вызова, благодаря которой соединение между терминалами А и Б преобразуется в соединение между Б и В. Дополнительная услуга переадресация вызова, которую определяет рекомендация Н.450.3, предоставляет возможность переадресовать вызов в тех случаях, когда вызываемый абонент занят, не отвечает или когда предварительно установлен соответствующий параметр.

3.4 Сигнализация на основе протокола SIP

Протокол SIP (Session Initiation Protocol) является протоколом прикладного уровня, разработанным рабочей группой по управлению многоточечными сеансами мультимедиа-связи (Multiparty Multimedia Session Control, MMUSIC) организации IETF (Рекомендация RFC). Он позволяет организовать и провести такой сеанс, обеспечивая его установление, модификацию и завершение.

При организации мультимедийного сеанса используется два основных метода для нахождения и информирования заинтересованных участников [15, 16]:

уведомление о сеансе с использованием разных средств - электронной почты, новостных групп, Web-страниц или специального протокола (Session Announcement Protocol, SAP);

приглашение к участию в сеансе с помощью протокола SIP.

Для установления сеансов одноадресного вещания, которое характерно при IP-телефонии, основным протоколом установления соединений является протокол SIP. Он работает по схеме клиент-сервер (рис.3.3): клиент запрашивает определенный тип сервиса, а сервер обрабатывает его запрос и обеспечивает предоставление сервиса. Согласно протоколу SIP, пользовательская система может не только формировать, но и принимать запросы.

Обработка вызовов осуществляется сервером SIP, который может работать в режиме непосредственного установления связи или в режиме переадресации. В обоих режимах сервер принимает запросы на определение местоположения нужного пользователя, но если в первом режиме он сам доводит вызов до адресата, то во втором - возвращает адрес конечного пункта запрашиваемому клиенту.

Рисунок 3.3 Схема сигнализации по протоколу SIP

Обработка вызовов осуществляется сервером SIP, который может работать в режиме непосредственного установления связи или в режиме переадресации. В обоих режимах сервер принимает запросы на определение местоположения нужного пользователя, но если в первом режиме он сам доводит вызов до адресата, то во втором - возвращает адрес конечного пункта запрашиваемому клиенту.

В протоколе SIP определены два вида сигнальных сообщений - запрос и ответ. Они имеют текстовый формат (кодировка символов согласно RFC 2279) и базируются на протоколе HTTP (синтаксис и семантика определены в RFC 2068). В запросе указываются процедуры, вызываемые для выполнения требуемых операций, а в ответе - результаты их выполнения. Определены шесть процедур:

INVITE - приглашает пользователя принять участие в сеансе связи (служит для установления нового соединения; может содержать параметры для согласования);

BYE - завершает соединение между двумя пользователями;

OPTIONS - используется для передачи информации о поддерживаемых характеристиках (эта передача может осуществляться напрямую между двумя агентами пользователей или через сервер SIP);

АСК - используется для подтверждения получения сообщения или для положительного ответа на команду INVITE;

CANCEL - прекращает поиск пользователя;

REGISTER - передает информацию о местоположении пользователя на сервер SIP, который может транслировать ее на сервер адресов (Location Server).

Оба протокола SAP и SIP используют механизм сетевого протокола (Session Description Protocol, SDP) для описания характеристик сеанса: время проведения, требуемые ресурсы. SDP используется исключительно для текстового описания сеанса и не имеет ни транспортных механизмов, ни средств согласования требуемых для сеанса параметров. Эти функции должны выполнять протоколы, применяемые для передачи информации SDP.

4. Анализ взаимодействия технологии управления и систем сигнализации на основе SOFTSWITCH

Международным консорциум пакетной связи (International Packet Communication Consortium, IPCC) была разработана концепция SoftSwitch [17]. SoftSwitch является носителем интеллектуальных возможностей сети, который координирует управление обслуживанием вызовов, сигнализацию и функции, обеспечивающие установление соединения через одну или несколько сетей.

SoftSwitch управляет обслуживанием вызовов. Точно так, как это имеет место в традиционных АТС с коммутацией каналов, если соединение установлено, то эти функции гарантируют, что оно сохранится до тех пор, пока не даст отбой вызвавший или вызванный абонент. В число функций управления обслуживанием вызова Call Agent входят распознавание и обработка цифр номера для определения пункта назначения вызова, а также распознавание момента ответа вызываемой стороны, момента, когда один из абонентов кладет трубку, и регистрация этих действий для начисления платы. Таким образом, SoftSwitch фактически остается все тем же привычным коммутационным узлом, только без цифрового коммутационного поля и кросса.

SoftSwitch координирует обмен сигнальными сообщениями между сетями, поддерживает функции сигнального шлюза (Signaling Gateway, SG). Таким образом, SoftSwitch координирует действия, обеспечивающие соединение с логическими объектами в разных сетях и преобразует информацию в сообщениях с тем, чтобы они были понятны на обеих сторонах несхожих сетей.

SoftSwitch является не только одним из сетевых устройств, а также и сетевой архитектурой сети.

4.1 Архитектура SoftSwitch

Согласно архитектуре SoftSwitch, разработанной консорциумом IРСС, в ней предусматриваются четыре представленные на рис. 4.1 функциональные плоскости [7, 17]:

транспортная;

управления обслуживанием вызова и сигнализации;

услуг и приложений,

эксплуатационного управления.

Рисунок 4.1 - Функциональные плоскости архитектуры SoftSwitch

Транспортная плоскость (Transport Plane) отвечает за транспортировку сообщений по сети связи. Этими сообщениями могут быть сообщения сигнализации, сообщения маршрутизации для организации тракта передачи информации, или непосредственно пользовательские речь и данные. Расположенный под этой плоскостью физический уровень переноса этих сообщений может базироваться на любой технологии, которая соответствует требованиям к пропускной способности для переноса трафика этого типа. Транспортная плоскость обеспечивает также доступ к сети IP-телефонии сигнальной и пользовательской информации, поступающей со стороны других сетей или терминалов.

Сама транспортная плоскость делится на три домена:

домен транспортировки по протоколу IP;

домен взаимодействия;

домен доступа, отличного от IP.

Домен транспортировки по протоколу IP поддерживает магистральную сеть и маршрутизацию для транспортировки пакетов через сеть IP-телефонии. К этому домену относятся такие устройства, как коммутаторы, маршрутизаторы, а также средства обеспечения QoS.

Домен взаимодействия (Interworking Domain, ID) включает в себя устройства преобразования сигнальной или пользовательской информации, поступающей со стороны внешних сетей, в вид, пригодный для передачи по сети IP-телефонии, а также обратное преобразование. В этот домен входят такие устройства, как шлюзы сигнализации (Signaling Gateways, SG), обеспечивающие преобразование сигнальной информации между разными транспортными уровнями, транспортные шлюзы или медиашлюзы (Media Gateways, MG), выполняющие функции преобразования пользовательской информации между разными транспортными сетями и разными типами мультимедийных данных, и шлюзы взаимодействия (Interworking Gateways, IG), обеспечивающие взаимодействие различных протоколов сигнализации на одном транспортном уровне.

Домен доступа, отличного от IP (Non-IP Access Domain), предназначен для организации доступа к сети IP-телефонии различных IP-несовместимых терминалов. Он состоит из шлюзов (Access Gateways, AG) для подключения учрежденческих АТС, аналоговых кабельных модемов, линий xDSL, транспортных шлюзов для мобильной сети радиодоступа стандарта GSM/3G, а также устройств интегрированного абонентского доступа (Integrated Access Devices, IAD) и других устройств доступа. Что же касается IP-терминалов, например, SIP-телефонов, то они непосредственно подключаются к домену транспортировки по протоколу IP без участия Access Gateway.

Плоскость управления обслуживанием вызова и сигнализации (Call Control & Signaling Plane) управляет основными элементами сети IP-телефонии и, в первую очередь, теми, которые принадлежат транспортной плоскости. В этой плоскости ведется управление обслуживанием вызова на основе сигнальных сообщений, поступающих из транспортной плоскости, устанавливаются и разрушаются соединения, используемые для передачи пользовательской информации по сети. Плоскость управления обслуживанием вызова и сигнализации включает в себя такие устройства, как контролер медиашлюзов (Media Gateway Controller, MGC), сервер управления обслуживанием вызова Call Agent, привратник Gatekeeper и LDAP-сервер.

Плоскость услуг и приложений (Service & Application Plane) реализует управление услугами и приложениями в сети IP-телефонии, их логику и выполнение. Устройства в этой плоскости содержат логику услуг и управляют этими услугами путем взаимодействия с устройствами, находящимися в плоскости управления обслуживанием вызова и сигнализации. Плоскость услуг и приложений состоит из таких устройств, как серверы приложений (Application Servers, AS) и серверы дополнительных услуг (Feature Servers, FS). Плоскость услуг и приложений может также управлять специализированными компонентами передачи пользовательской информации, например, медиасерверами, которые выполняют функции конференцсвязи.

На плоскости эксплуатационного управления (Management Plane) поддерживаются функции активизации абонентов и услуг, техобслуживания, биллинга и другие функции эксплуатационного управления сетью. Плоскость эксплуатационного управления может взаимодействовать с некоторыми или со всеми другими тремя плоскостями либо по стандартному протоколу (например, по протоколу SNMP), либо по внутренним протоколам и интерфейсам API.

4.1.1 Функциональные объекты

Функциональными объектами (ФО) архитектуры SoftSwitch являются логические объекты сети IP-телефонии. Выделяют 12 основных функциональных объектов (рис.4.2). Функциональные объекты могут физически располагаться в разных автономных устройствах или многофункциональных платформах, что существует практически неограниченное число способов отображения функциональных объектов. [17,18].

Из рисунка 4.2:

AS-F - ФО сервера приложений;

SC-F - ФО управления услугами;

CA-F - ФО устройства управления шлюзом;

MGC-F - ФО контроллера медиашлюзов;

SPS-F - ФО прокси-сервера SIP;

R-F - ФО маршрутизации вызова;

A-F - ФО учета, авторизации, аутентификации;

MS-F - ФО транспортного сервера;

SG-F - ФО шлюза сигнализации;

MG-F - ФО медиашлюза;

IW-F - ФО взаимодействия;

AGS-F - ФО сигнализации шлюза доступа.

Рисунок 4.2 - Функциональные объекты архитектуры SoftSwitch

ФО контроллера медиашлюзов (Media Gateway Controller Function, MGC-F) представляет собой конечный автомат логики управления обслуживанием вызова и сигнализации для одного или более транспортных шлюзов. MGC-F определяет состояние процесса обработки каждого вызова в медиашлюзе и состояния информационных каналов для интерфейсов MG-F, передает информационные сообщения пользователя между двумя MG-F, а также между IP-телефонами или терминалами, отправляет и принимает сигнальные сообщения от портов, от других MGC-F и от внешних сетей, взаимодействует с AS-F для предоставления услуг пользователю, имеет возможность управлять некоторыми сетевыми ресурсами, имеет возможность устанавливать правила для портов пользователя, взаимодействует с R-F и A-F для обеспечения маршрутизации вызова, аутентификации и учета, а также может участвовать в задачах эксплуатационного управления в мобильной среде. Функциональный объект MGC-F обычно использует протоколы Н.248 и MGCP.

ФО устройства управления шлюзом CA-F (Call Agent Function) и функциональный объект взаимодействия (Interworking Function, IW-F) являются подмножествами MGC-F.

Первый из них, CA-F, существует, когда MGC-F управляет обработкой вызова и определяет состояние процесса его обслуживания. Протоколами этого функционального объекта могут являться SIP, SIP-T, В1СС, Н.323, Q.931, Q. SIG, INAP, ISUP, TCAP, BSSAP, RANAP, MAP и CAP, а в качестве интерфейсов API используются любые открытые API типа JAIN или Parlay [18].

Второй функциональный объект, IW-F, существует, когда MGC-F обеспечивает взаимодействие между разными сетями сигнализации, например, IP и ATM, OKC №7 и SIP/H.323.

ФО маршрутизации и учета стоимости R-F и A-F (Call Flouting и Accounting Functions) работают следующим образом. Функциональный объект R-P предоставляет информацию о маршрутизации вызова функциональному объекту MGCF. Функциональный объект A-F собирает учетную информацию о вызовах для целей биллинга, а также может выполнять более широкий спектр функций ААА, обеспечивает аутентификацию, идентификацию и учет в удаленных сетях.

Основная роль обоих функциональных объектов - реагировать на запросы, поступающие от одного или более MGC-F, направляя вызов или учетную информацию о нем к входящим портам (другим MGC-F) или услугам (AS-F). Функциональный объект R-F/A-F обеспечивает функцию маршрутизации для локальных и межсетевых вызовов, фиксирует детали каждогосеанса связи для целей биллинга и планирования (A-F), обеспечивает управление сеансом и управление мобильностью, может узнавать о маршрутной информации от внешних источников, может взаимодействовать с AS-F для предоставления услуги пользователю, может функционировать прозрачно для других элементов в тракте сигнализации. Здесь R-F и A-F могут сцепляться друг с другом последовательно или иерархически, и к тому же R-F/A-F часто объединяется с MGC-F, причем объединенный R-F/A-F/MGC-F может также запрашивать услуги внешнего R-F/A-F. Сам A-F собирает и передает учетную информацию о каждом вызове, а AS-F передает учетную информацию о предоставлении дополнительных услуг, таких как конференцсвязь или платные информационные услуги.

Функция маршрутизации для локальных и межсетевых вызовов R-F может использовать протоколы ENUM и TRIP, а функция учета стоимости A-F может использовать протокол RADIUS и АиС (для сетей подвижной связи).

ФО SIP-npoкси-cepeepa (SIP Proxy Server Function, SPS-F) выделен в отдельный функциональный объект по той причине, что чаще всего R-F и A-F конструктивно оформляются в виде прокси-сервера SIP.

ФО шлюза сигнализации (Signaling Gateway Function, SG-F) поддерживает шлюз для обмена сигнальной информацией между сетью IP-телефонии и ТфОП, которая может передаваться на базе OKC №7/TDM. Для беспроводных сетей подвижной связи SG-F поддерживает также шлюз для обмена сигнальной информацией между транзитной пакетной IP-сетью и сетью сотовой подвижной связи (СПС) с коммутацией каналов на базе стека ОКС №7. Основная роль SG-F заключается в пакетировании и транспортировке протоколов сигнализации ОКС №7 в ТфОП (ISUP или INAP) или в СПС (MAP или CAP) по сети с коммутацией пакетов IP. Для этого функциональный объект SG-F пакетирует и транспортирует протоколы сигнализации ОКС №7 к MGC-F или другому SG-F, используя методы Sigtran. Один SG-F может обслуживать много MGC-F, а интерфейсом между SG-F и другими функциональными объектами является протоколы Sigtran типов TUA, SUA и M3UA over SCTP, за исключением ситуаций, когда SG-F и MGC-F или другой SG-F объединены в одном месте.

ФО сигнализации шлюза доступа (Access Gateway Signaling Function, AGSF) поддерживает шлюз для обмена сигнальной информацией между сетью IP-телефонии и сетью доступа с коммутацией каналов на базе интерфейса V5.1/V5.2 или ISDN.

Для беспроводных сетей подвижной связи AGS-F поддерживает также шлюз для обмена сигнальной информацией между транзитной сетью подвижной связи с коммутацией пакетов и сетью СПС на базе ТОМ или ATM. Основная роль AGS-F заключается в пакетировании и транспортировке протоколов сигнализации интерфейсов V5 или ISDN (для проводных сетей), или BSSAP или RANAP (для беспроводных сетей) по сети с коммутацией пакетов IP. AGS-F пакетирует и транспортирует к MGC-F протоколы сигнализации V5, ISDN или ОКС №7, используя протоколы Sigtran типов M3UA, IUA и V5UA over SCTP.

ФО сервера приложений (Application Server Function, ASF) поддерживает логику и выполнение услуг для одного или более приложений. ASF может запрашивать у MGC-F прекращение вызовов или сеансов связи для определенных приложений (например, речевой почты или конференцсвязи). Совместное использование функциональных объектов AS-F и МСС-Р обеспечивает поддержку составных услуг для пользователей, таких как:

сетевые записанные объявления;

трехсторонняя связь;

уведомление о поступлении нового вызова и т.д.

В ситуациях, когда AS-F и MGC-F реализованы в одной системе, вместо подключения AS-F к MGC-F по одному из вышеуказанных протоколов производители часто используют API типа JAIN или Parlay. При такой организации, AS-F называют сервером дополнительных услуг (Feature Server, FS).

ФО управления услугами (Service Control Function, SCF) существует, когда AS-F управляет логикой услуг. SCF использует протоколы INAP, CAP и MAP, а также открытые API типа JAIN и Parlay.

ФО медиашлюза (Media Gateway Function, MGF) обеспечивает сопряжение IP-сети с портом доступа, с соединительной линией или с совокупностью портов и соединительных линий, тем самым, шлюзом между пакетной сетью и внешними сетями с коммутацией каналов, такими как ТфОП, СПС или ATM. Его основная роль состоит в преобразовании пользовательской информации из одного формата передачи в другой, чаще всего - из канального вида в пакетный и обратно, из ячеек ATM в пакеты IP и обратно.

MGF имеет следующие характеристики:

всегда состоит в отношениях ведущий/ведомый с MGC-F с использованием протокола управления MGCP или MEGACO/H.248;

может выполнять функции обработки пользовательской информации, такие как кодирование, пакетирование, эхокомпенсацию, управление буферами, устранение джиттера, корректирующие действия при потерях пакетов;

может выполнять функции обслуживания пользовательских соединений, такие как генерирование акустических сигналов, генерирование сигналов DTMF, генерирование комфортного шума и др., а также выполнять анализ цифр на базе таблицы, загружаемой от MGCF;

может выполнять функции сигнализации и обнаружения событий передачи пользовательской информации, такие как обнаружение сигналов DTMF, обнаружение состояний отбоя/ответа абонента, детектирование наличия речевых сигналов.

ФО медиасервера (Media Server Function, MSF) обеспечивает управление обработкой пользовательского пакетного графика от любых приложений. В основном, он функционирует в качестве сервера, обслуживающего запросы от AS-F или MGCF касательно выполнения обработки пользовательской информации в пакетированных потоках мультимедиа. MSF поддерживает различные кодеки и схемы кодирования, может управляться AS-F или MGCF непосредственно (управление ресурсами) или косвенно (вызов функции) с использованием протоколов SIP, MGCP и Н.248. Функциональный объект MAF может параллельно поддерживать обнаружение набираемых цифр, генерирование и передачу акустических сигналов и записанных сообщений, регистрацию и запись мультимедийных потоков, распознавание речи, речевое воспроизведение текста, микширование для конференцсвязи, обработку факсимильных сообщений, определение наличия речевых сигналов и передачу информации о громкости.

4.1.2 Модуль контроллера медиашлюзов

Теперь вернемся от функциональных объектов к реальным физическим объектам и, прежде всего, - к контроллеру медиашлюзов MGC, являющемуся одним из ключевых элементов сети IP-телефонии. На рис. 4.3 представлены только некоторые из множества возможностей функциональной компоновки MGC согласно архитектуре ISC [19].