ШЛЮЗ СРЕДЫ ПЕРЕДАЧИ ДЛЯ ПРЕДОСТАВЛЕНИЯ УСЛУГ PSTN/ISDN В СЕТЯХ СЛЕДУЮЩЕГО ПОКОЛЕНИЯ Российский патент 2008 года по МПК H04M7/00 

1. Какая техническая задача должна решаться изобретением ?

В современных сетях передачи речевых сигналов (PSTN/ISDN - коммутируемая телефонная сеть общего пользователя/цифровая сеть с комплексными услугами), которые базируются на принципе коммутации каналов связи, локальные и транзитные коммутаторы выполняют функции как управления соединениями, так и управления используемым каналом (например, двухточечное соединение, трехточечное соединение, ввод тональных сигналов).

Сети следующего поколения (NGN) основываются на пакетной передаче (например, на протоколе режима асинхронной передачи (АТМ) или Интернет-протоколе (IP) в качестве транспортного уровня) и предназначены для передачи как речи, так и данных. Они работают по принципу разделения управления соединением и используемым каналом. В этих сетях, в отличие от существующих сетей с мультиплексированием на основе временного разделения (TDM), применяются отдельные сетевые элементы для управления соединением (управление вызовом и сигнализацией) и для управления используемым каналом (управление магистральным каналом-носителем или управление средой передачи). Управление соединением выполняют контроллеры шлюзов среды передачи (MGC), которые посредством протокола управления шлюзом среды передачи (MGCP) - в настоящее время в распоряжении имеются протоколы MGCP или Н.248 - осуществляют связь со шлюзами среды передачи (MG), которые управляют используемыми каналами. Сигнализация завершается в контроллере шлюзов среды передачи.

Контроллеры шлюзов среды передачи в сети NGN осуществляют связь друг с другом посредством протокола сигнализации (например, протокола BICC), аналогично коммутаторам сетей PSTN/ISDN (например, система сигнализации #7).

Сетевые элементы (контроллеры MGC и шлюзы MG) разделены физически и в нормальном случае также по местоположению. Разделение по местоположению может означать, что шлюз MG и его управляющий контроллер MGC могут быть удалены один от другого на много сотен километров или даже могут осуществлять связь посредством спутниковых каналов.

Один контроллер шлюзов среды передачи, как правило, осуществляет управление соединениями для нескольких шлюзов среды передачи. Шлюз среды передачи в соответствии с современными принципами архитектуры (принцип ведущего-ведомого) без контроллера шлюзов среды передачи не в состоянии самостоятельно переключать соединения или принимать другие решения относительно управления соединениями.

На фиг. 1 представлен принцип современной сети PSTN/ISDN.

На фиг. 2 представлен пример реализации принципа передачи речи в сетях следующего поколения в соответствии с современными представлениями.

За счет физического разделения и разделения по месту расположения управления сетью и управления используемым каналом и их обработки посредством контроллера шлюзов среды передачи и шлюза среды передачи возникают следующие проблемы:

- потеря эффективности из-за сильно увеличивающегося прироста сообщений сигнализации и из-за увеличенных, обусловленных расстояниями значений времени задержки сигнализации;

- ограничение в предоставлении в распоряжение абонентских линий или каналов соединений в случае сбоя сети пакетной передачи или управляющих контроллеров шлюзов среды передачи;

- проблемы с точным по времени взиманием платы за соединения.

1.1. Потеря эффективности из-за сильно увеличивающегося прироста сообщений сигнализации и из-за увеличенных, обусловленных расстояниями значений времени задержки сигнализации

По сравнению с классической телефонной архитектурой при раздельном управлении соединением и используемым каналом для абонентских подключений необходимо производить обмен намного большим числом критичных ко времени сообщений сигнализации для синхронного управления используемым каналом между контроллером шлюзов среды передачи и шлюзом среды передачи. Так принимаемые оконечным устройством сообщения сигнализации должны в случае, например, абонента сети ISDN сначала посылаться контроллеру согласно предусмотренному протоколу. Контроллер шлюзов среды передачи проводит затем оценку сообщений сигнализации и поручает шлюзу среды передачи с помощью протокола управления включить, например, тональный вызов. При приеме информации набора она должна сначала вновь передаваться к контроллеру, пока последний не выдаст команду на отключение тонального сигнала. Еще больший поток сообщений вырабатывается в случае аналоговых абонентов при приеме и передаче отдельных цифр набора.

Большое количество сообщений, которыми обмениваются шлюз среды передачи и контроллер шлюзов среды передачи для установления вызова, во взаимосвязи с передачей этих сообщений через внешний коммутатор на большие расстояния, могут привести к значительным заметным задержкам при установлении соединения. Задержки, с одной стороны, при выполнении критичных ко времени операций, как подключение приемников кода, приводят к ограничению функционирования и, с другой стороны, могут привести к тому, что существующие требования по времени внешнего коммутатора абонентской сигнализации в сети NGN не смогут больше выдерживаться.

1.2. Ограничение в предоставлении в распоряжение сети - невозможность установления соединения в случае сбоя сети или при отказе контроллера шлюзов среды передачи

За счет полного отсутствия локального управления соединением и тем самым за счет полной зависимости от контроллера шлюзов среды передачи, шлюз среды передачи не в состоянии при отказе контроллера шлюзов среды передачи или при обусловленном сетевыми помехами прерывании сигнализации между шлюзом сети передачи и контроллером шлюзов среды передачи переключать подключенные к нему используемые каналы абонентов. Это означает, что отказ контроллера шлюзов среды передачи всегда является отказом всех управляемых им шлюзов среды передачи со всеми абонентскими подключениями и подключениями каналов связи. В этом случае также не возможен никакой экстренный вызов. Так как контроллер шлюзов среды передачи, как правило, управляет множеством шлюзов сети передачи, очень многие подключения могут оказаться затронутыми подобным сбоем.

1.3. Точное по времени взимание платы

За счет разделения управления соединениями и управления используемыми каналами может возникнуть проблема точного по времени определения взимаемой платы, так как используемый канал включается в шлюзе среды передачи, а определение использованного времени проводится в контроллере шлюзов среды передачи.

2. Каким образом вышеуказанная проблема решалась до сих пор ?

Описанные технические проблемы до сих пор не были известны и возникли вследствие применения стандартизованного разделения функций для сетей следующего поколения для предоставления классических услуг телефонной связи (имитация сетей PSTN/ISDN).

В ограниченной степени сравнимые проблемы проявляются при применении абсолютного принципа «ведущий-ведомый» для сетей TDM при определении классических сетей доступа. При этом сеть доступа подключена через интерфейс V5 к коммутатору TDM, причем коммутатор TDM работает как ведущий объект, а сеть доступа - как ведомый объект.

Проблема при подсоединении сети доступа к коммутатору TDM отличается по следующим факторам от проблем при применении архитектуры сетей NGN:

(а) пространственное разнесение обычно ограничено,

(b) обмен сообщениями управления и сигнализации производится через доступный защищенный канал передачи сообщений, ширина полосы которого жестко определена,

(с) шлюз доступа обладает, по сравнению со шлюзом передачи сообщений, лишь ограниченным управлением используемым каналом, так как используемый канал управляется коммутатором TDM. Используемый канал проводится также через коммутатор TDM, и только там проводится введение тональных сигналов или применение тарифа оплаты.

Проблема обработки критичных ко времени заданий решалась там за счет введения условных инструкций. Проблема ограниченной доступности там не решалась.

3. Каким способом изобретение решает указанную техническую проблему ?

Изобретение предусматривает новое разделение функций для сетей NGN, как представлено на фиг. 3. Вместо свойственного концепции сетей NGN строгого разделения на ведущего-ведомого, выбирается подход по принципу посредник-клиент, то есть часть управления соединениями интегрируется в шлюз среды передачи, в то время как остальная часть управления соединением, в особенности та, которая касается центральных задач управления и контроля, сохраняется, как и прежде, в контроллере шлюзов среды передачи. Оснащенный в соответствии с изобретением контроллер шлюзов среды передачи далее упоминается как центральное сетевое устройство управления, а оснащенный в соответствии с изобретением шлюз среды передачи далее упоминается как интеллектуальный шлюз доступа.

В противоположность соотношению «ведущий-ведомый», в котором весь контроль над соединением сосредоточен в контроллере шлюзов среды передачи (ведущем объекте), а шлюз доступа (ведомый) сообщает контроллеру шлюзов среды передачи о стимулах и результатах и исполняет полученные от него команды относительно управления соединением, в соответствии с изобретением выбран подход по принципу клиент-посредник. Согласно данному подходу интеллектуальный шлюз доступа (клиент) завершает упомянутые стимулы или результаты (сигнализацию) и сам осуществляет часть функций управления соединением, в частности, такие функции управления соединением, которые не должны обязательно предоставляться от центрального сетевого устройства управления (посредника), а могут представляться непосредственно от клиента или между участвующими в соединении клиентами.

Для проведения остальной части он уполномочивает одно из центральных сетевых устройств управления, которое либо само выполняет это задание, либо управляет его дальнейшим выполнением вместо шлюза.

В случае функций управления соединением, которые интеллектуальный шлюз доступа (клиент) выполняет сам, речь идет для клиента вызывающего абонента (А) или клиента вызываемого абонента (В) о следующих функциях:

- Ввод тонального набора (А)*

- Прием информации набора (А)*

- Индикация номера вызова вызывающего абонента посредством FSK в случае аналоговых абонентов (В)*

- Повторение вызова в состоянии «абонент занят» (А и В)

- Договоренность между партнерами, какая сторона оплачивает стоимость разговора (А и В)

- Определение данных оплаты за телефон (А и/или В)*

- Передача информации о платеже на оконечное абонентское устройство оплачивающей стороны (А или В)

- Обмен требуемыми данными конечных пунктов (IP-адрес, номер порта, информация кодека и т.д.) для транзитных соединений (А и В)*

- Управление режимом конференции с тремя участниками (А или В)

- Автономная маршрутизация разговоров к выбранным адресатам с постоянно определенным администрированием (например, номера экстренного вызова) при отказе посредника (А или В)

Значительное преимущество изобретения достигается прежде всего за счет передачи выполнения тех функций управления соединением, доступных для локальной обработки, которые являются критичными ко времени (в случае вышеупомянутых функций, те из них, которые критичны ко времени, обозначены символом (*)).

За счет указанной передачи выполнения функций управления соединением шлюзам доступа, задача центральных сетевых устройств управления (контроллера шлюзов среды передачи, посредника) в области управления соединением сокращается до функций, которые требуют центральной базы данных, например, таких как маршрутизация вызова, подготовка информации оплаты за предоставление связи, а также до координации определенных функций, которые могут распределяться по множеству клиентов.

Поэтому центральное для сети устройство управления далее упоминается как посредник для управления функциями и маршрутизацией.

Помимо вышеназванных функций управления соединением интеллектуальный шлюз доступа принимает на себя завершение сигнализации (сигнализации абонентского канала и сигнализации канала соединения) и проводит, как и ранее, управление используемым каналом.

Данные абонентов при названном разделении задач предпочтительным образом сохраняются и управляются в интеллектуальном шлюзе доступа.

За счет изобретения в одинаковой мере решаются все три указанные области проблем.

3.1. Проблема потери эффективности

За счет локальных компонентов управления соединением обо всех установках используемого канала сигнализируется непосредственно в интеллектуальном шлюзе доступа через внутренний интерфейс между управлением соединением и управлением используемым каналом. Оценка сообщений сигнализации может осуществляться без задержки, и сразу же запрашивается предоставление требуемых ресурсов. Тем самым не возникают критичные ко времени задержки. Сообщения, относящиеся к управлению функциями, являются немногочисленными и относительно некритичными ко времени. То же самое справедливо для маршрутизации вызовов.

3.2. Проблема ограниченной доступности сети

За счет локального управления соединением и знания имеющихся абонентских подключений в интеллектуальном шлюзе доступа указанный шлюз может осуществлять по меньшей мере ограниченное управление соединением для всех имеющихся абонентских подключений, не нуждаясь в осуществлении связи с посредником управления функциями и маршрутизацией, если в сети в распоряжении имеется альтернативный посредник, который не должен иметь никаких сведений об имеющихся абонентах.

За счет локального установления постоянно определенного маршрута для режима экстренной связи возможны вызовы к подключенным центральным станциям экстренных вызовов без использования имеющегося посредника маршрутизации.

3.3. Проблема точного по времени взимания платы за соединения

Определение необходимых данных взимания платы за соединения осуществляется непосредственно и точно по времени в интеллектуальном шлюзе доступа, так как в нем осуществляется как формирование «штемпеля времени» (временной метки), так и включение используемого канала, причем без задержек, обусловленных внешней транспортной сетью.

Для дальнейшей обработки собранных данных оплаты эти относящиеся к соединению данные затем посылаются непосредственно или через посредника управления функциями и маршрутизации к вышестоящей системе обработки данных оплаты за соединения.

4. Сравнение изобретения с традиционным функциональным подходом

Соответствующая изобретению структура сетей NGN возникает за счет переноса элементов традиционного функционального подхода объединенного управления используемым каналом и соединением. Элементы традиционного управления функциями обеспечивают возможность прецизионного управления всеми критичными ко времени процессами управления соединением и используемым каналом, при сохранении использования центрального сервера вызовов для управления шлюзами доступа. Возможность использования большого центрального сервера вызовов, который по местоположению может быть удален от распределенных в сети шлюзов доступа на большие расстояния, за счет такой архитектуры в значительной степени улучшается, так как при этом задержки на распространение в транспортной сети больше не являются критерием проектирования.

5. Примеры осуществления изобретения

Отличительным признаком интеллектуального шлюза доступа (IAGW) является существование в шлюзе доступа всеобъемлющей функции управления вызовом. После того как партнеры вызова известны, в принципе имеются две возможности информационного обмена между двумя шлюзами IAGW для управления соединением:

- Все сообщения между одним IAGW (клиент А) и другим IAGW (клиент В) передаются принципиально через посредника и от последнего без интерпретации содержимого передаются адресату.

- После того как клиенту А от посредника сообщен целевой адрес клиента В, оба клиента ведут информационный обмен непосредственно друг с другом. Только если в дальнейшем ходе процесса для соединения оказываются необходимыми особые центральные функции, посредник временно включается к коммуникационную взаимосвязь.

Эти принципиальные коммуникационные взаимосвязи представлены на фиг. 4.

5.1. Интеллектуальный шлюз доступа

Исходная идея интеллектуального шлюза доступа впервые реализуется в линии продукта SURPASS с разработкой модели hiA 7600. При этом функция агента соединения (СоХ), которая управляет установлением соединения и разъединением соединения в шлюзе среды передачи, переходит от котроллера шлюзов среды передачи к самому шлюзу среды передачи.

Интеллектуальный шлюз доступа (hiA 7600) управляется посредником управления функциями и маршрутизацией (hiQ 9200). Обмен сообщениями между контроллером MGC и шлюзом MG осуществляется посредством специализированного Протокола управления шлюзом доступа, так как стандартизированные протоколы MGCP и H.248 не были стандартизованы для предусматриваемого разделения функций и служат только для управления используемым каналом. Но в будущих версиях в качестве протокола клиент-посредник сможет также применяться SIP-протокол.

На фиг. 5 показано сравнение архитектур с обычной NGN-конфигурацией и с конфигурацией hiA 7600.

Из фиг. 5 можно видеть, что в новой NGN-конфигурации функция управления вызовом перемещена в шлюз среды передачи, и внешний интерфейс H.248/MGCP стал внутренним для системы интерфейсом со всеми связанными с этим преимуществами, которые описаны в разделах, приведенных выше. Узел hiA 7600 содержит в качестве основного элемента процессор управления вызовом, который управляет и реализует функцию посредничества между IP и TDM. Процессор управления вызовом одновременно содержит программное обеспечение управления для базового управления соединением и используемым каналом. Посредством Протокола управления вызовом происходит обмен сообщениями с посредником управлениям функциями и маршрутизацией hiQ 9200, который реализует маршрутизацию и обработку функций. Наряду с этим посредник управления управляет всеми действиями, которые должны осуществляться для управления функциями в последующих посредниках управления функциями, или информационным обменом между двумя посредниками управления для обработки вызовов, если подключения пользователей относятся к различным посредникам управления. (Для маршрутизации каждый узел hiA 7600 со своими подключениями относится к контроллеру, через которого он доступен и имеет информацию о состояниях занятости.)

На фиг. 6 показано сетевое представление для такого базового вызова, при котором оба подключения относятся к посреднику управления.

На фиг. 7 показан относящийся к фиг. 6 поток сообщений сигнализации для упомянутого базового вызова.

Для информационного обмена между шлюзами интеллектуального доступа, как упомянуто выше, возможны два следующих варианта.

- Вариант посредника а): все сообщения между двумя интеллектуальными шлюзами доступа (клиентами) в принципе передаются через посредника.

- Вариант посредника b): только запросы, связанные с функциями и маршрутизацией, пересылаются от интеллектуального шлюза доступа (клиента) к посреднику. Остальной информационный обмен происходит непосредственно между взаимодействующими клиентами.

В рассматриваемом примере (hiA 7600) применяется вариант посредника а). Все сообщения сигнализации, в том числе те, которыми можно обмениваться непосредственно, пересылаются, таким образом, через посредника, однако в посреднике они не обрабатываются (см. фиг. 7).

Из потока сообщений, представленного на фиг. 7, можно видеть следующее.

Пользовательская сигнализация (MFC, DSS1 и т.д.) завершается в интеллектуальном шлюзе доступа. Информация, необходимая для проведения цифровой обработки и маршрутизации, а также для обработки функций, пересылается к посреднику с использованием протокола посредник-клиент, в случае hiA 7600 посредством протокола ACP.

В случае соединений, использующих систему сигнализации SS7, в случае которых каналы сигнализации вместе с соединениями должны завершаться в интеллектуальном шлюзе доступа, сообщения MTP и SCCP не обрабатываются интеллектуальным шлюзом доступа. В интеллектуальном шлюзе доступа обрабатываются только верхние уровни системы сигнализации SS7, например пользовательские части (например, ISUP). В случае использования узла hiQ 9200 обработка нижних уровней протокола системы сигнализации SS7 является задачей шлюза сигнализации, интегрированного в состав посредника управления hiQ 9200.

На фиг. 8 показано сетевое представление для такого базового вызова, в котором посредником управления осуществляется управление только со стороны входа.

На фиг. 9 показан поток сообщений сигнализации, относящийся к фиг. 8.

Подключение со стороны выхода может управляться другим посредником управления, а также контроллером шлюзов среды передачи. Информационный обмен между контролерами происходит посредством протокола BICC, как показано на чертеже, или посредством протокола SIP-T.

Так как посредник управления содержит функциональные возможности сетевого взаимодействия и с помощью протоколов BICC и SIP-T поддерживает два стандартизированных протокола «сеть-сеть», становится возможным взаимодействие различных NGN-архитектур для управления доступом внутри одной сети.

5.2. Клиент доступа протокола SIP

Конфигурация интеллектуального шлюза доступа соответствует разделению функций, которому следует протокол SIP, и тем самым обеспечивает возможность подсоединения шлюзов доступа к среде протокола SIP. Протокол управления доступом заменяется стандартизированным протоколом SIP (см. Фиг. 10). Посредством сигнализации протокола SIP устанавливается сеанс связи с посредником протокола SIP. Посредник протокола SIP поставляет необходимую информацию для локализации пользователя В. Поддерживаемый объем функций для пользователя зависит от поддерживаемых функций внутри области протокола SIP.

На фиг. 11 показан поток сообщений между клиентами и посредником с применением протокола SIP.

Посредством интеллектуального шлюза доступа возможно подсоединение всех обычных абонентских подключений (PSTN, ISDN) к области протокола SIP. Тем самым обеспечивается высокоэффективное по стоимости и доступу решение для подсоединения к сетям PSTN/ISDN.

Изобретение относится к сетям передачи. Техническим результатом является увеличение доступности сети. Для этого пакетно-ориентированные сети следующего поколения работают по принципу разделения управления соединением и управления используемым каналом. В этих сетях, в отличие от современных сетей, использующих мультиплексирование с временным уплотнением, применяются раздельные сетевые элементы для управления соединением и управления используемым каналом, причем сетевой элемент для управления используемым каналом обозначается как шлюз среды передачи, а сетевой элемент для управления соединением обозначается как контроллер шлюзов среды передачи. За счет физического разделения и разделения по местоположению управления соединением и управления используемым каналом возникают проблемы, в частности проблема потери эффективности вследствие существенного увеличения количества сообщений сигнализации и за счет увеличения обусловленных расстояниями времен задержки сигнализации. Часть управления соединением интегрируется в составе шлюза среды передачи, в то время как остальная часть управления соединением, в частности та, которая касается задач центрального управления и контроля, сохраняется в контроллере шлюзов среды передачи. 4 н. и 6 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Шлюз среды передачи пакетно-ориентированной коммуникационной сети, содержащий

средство управления используемым каналом, которое управляет используемым каналом коммуникационного соединения,

отличающийся тем, что содержит

средство завершения, предназначенное для завершения сообщения сигнализации коммуникационного соединения,

средство управления коммуникационным соединением, предназначенное для самостоятельного выполнения критичных ко времени функций управления коммуникационным соединением, доступных для локальной обработки, и для уполномочивания центрального сетевого устройства управления пакетно-ориентированной коммуникационной сети на осуществление центральных функций управления коммуникационным соединением.

отличающееся тем, что оно выполнено с возможностью восприятия задания на осуществление упомянутых центральных сетевых функций управления коммуникационным соединением от шлюзов среды передачи и самостоятельного выполнения упомянутых заданий или управления их дальнейшим осуществлением вместо шлюза среды передачи.

прием и оценивание в шлюзе среды передачи сообщений сигнализации, поступающих от абонентской линии и/или линии соединения,

выполнение в шлюзе среды передачи критичных ко времени функций управления коммуникационным соединением, доступных для локальной обработки,

предоставление центральному сетевому устройству управления пакетно-ориентированной коммуникационной сети полномочий на осуществление центральных функций управления коммуникационным соединением.

прием и оценивание в шлюзе среды передачи сообщений сигнализации, поступающих от абонентской линии и/или линии соединения, использующей сигнализацию, отличную от системы сигнализации SS7,

в случае сообщений сигнализации, которые поступают от линии соединения, использующей систему сигнализации SS7, прием и оценивание пользовательской части сообщения в шлюзе среды передачи, после того как нижележащие уровни протокола были обработаны центральным сетевым устройством управления, которое имеет функцию центрального шлюза сигнализации, и

выполнение в шлюзе среды передачи критичных ко времени функций управления коммуникационным соединением, доступных для локальной обработки, и предоставление центральному сетевому устройству управления пакетно-ориентированной коммуникационной сети полномочий на осуществление центральных функций управления коммуникационным соединением.