Станции 5ESS. Решения Lucent Technologies

Первая станция №5 Electronic Switching System (5ESS) была введена в эксплуатацию в 1982 году. Наиболее распространенная сегодня версия этой станции 5ESS-2000 работает в городских телефонных сетях в качестве оконечной и опорно-транзитной АТС с функциями ОКС7, ISDN, V5 и др. Архитектура ее системы управления может классифицироваться как квазираспределенная, поскольку функции управления станцией в значительной степени выполняет административный модуль AM (эта архитектура будет более подробно обсуждаться в главе 9, посвященной программному управлению). Управляющие процессоры построены на базе 32-разрядного микропроцессора 3820 и 16-разрядного процессора МС6800, что позволяет формировать как станции малой емкости, так и крупные опорно-транзитные коммутационные узлы. Коммутационное поле, согласно классификации, приведенной в предыдущей главе, строится по принципу ВПВ (Время-Пространство-Время). Для взаимодействия с телефонной сетью общего пользования станция 5ESS-2000 поддерживает сигнализацию следующих типов: линейная сигнализация - 2600 Гц, 2ВСК; регистровая - декадный код, импульсный челнок, импульсный пакет, безынтервальный пакет(АОН). Поддерживается также система общеканальной сигнализации ОКС7 (МТР, ISUP) и сигнализация по интерфейсу V5.

Упрощенная структура станции 5ESS показана на рис. 5.4. Основными компонентами 5ESS являются модуль административного управления AM, модуль связи СМ и коммутационный модуль SM.

Рис. 5.4. Архитектура станции 5ESS

Коммутационные модули SM содержат все программы, необходимые для управления периферийными коммутационными устройствами, включая выбор маршрутов в коммутационном поле, назначение блоков обслуживания, сигнализацию, сканирование линий и т.п. Фактически производительность станции 5ESS определяется числом установленных модулей SM. Каждый такой модуль обслуживает нагрузку интенсивностью примерно 460 Эрлангов. Интенсивность нагрузки на всю станцию рассчитывается как 460хп/2, где п - число коммутационных модулей, и при максимально расширенной конфигурации (190 SM) составляет 43700 Эрлангов. Коммутационный модуль SM - это базовый блок наращивания емкости станции 5ESS-2000, который может выполнять функции коммутации каналов и пакетов, а также большую часть функций обработки вызовов.

Модуль управления AM основан на мэйнфрейме 3B20D (потом - 3B21D и т.д.) собственной разработки Bell Laboratories и выполняет функции обслуживания вызовов, запуска и восстановления программного обеспечения, измерения трафика, начисления платы и хранения станционных данных, а также функции взаимодействия с процессорами ввода/вывода, видеотерминалами, накопителями на магнитных носителях, центром технической эксплуатации и множество функций, не связанных непосредственно с процессом обработки вызовов. С помощью модуля AM производится диагностика станции,выявление, локализация и, при возможности, устранение неисправностей. Модуль AM принимает от управляющих элементов модулей SM цифры номера и интерпретирует их, а также взаимодействует с системой управления базой данных для получения дополнительной информации. Подсистема эксплуатационного управления решает задачи технического обслуживания с помощью рабочей станции TLWS, выполняя, например, тестирование абонентских и межстанционных линий, обеспечивает вывод линий из обслуживания и возвращение их в работу. Через AM обслуживающий персонал станции может получать с терминала как доступ к любым системам станции, так и связь с системами технической эксплуатации и с системой управления трафиком. Файлы передаются по стандартному протоколу доступа и управления передачей данных FTAM.

Модуль связи СМ обеспечивает взаимодействие между AM и всеми SM, а также взаимодействие между разными SM через каналы управления и синхронизации NCT по протоколу Х.25 с использованием волоконно-оптического кабеля. Основным компонентом СМ является коммутатор сообщений, обеспечивающий коммутацию пакетов, которыми обмениваются между собой через NCT модули СМ и SM.

Программное обеспечение станций 5ESS имеет иерархическую распределенную модульную структуру, схематично представленную на рис. 5.5. Операционная система, которая называется операционной системой для распределенной коммутации (OSDS), обеспечивает управление процессами, межпроцессорную связь, синхронизацию и планирование заданий как в процессоре AM, так и в процессорах SM, причем в AM ядром OSDS является операционная система UNIX - одно из блестящих созданий Bell Laboratories, стоящих в одном ряду с транзистором, лазером и другими выдающимися вкладами в современную цивилизацию. Примечательно также, что UNIX в ядре AM станций 5ESS имеет название UNIX-RTR, где аббревиатура RTR означает работу в реальном времени (RT - Real Time) и надежность (R - Reliability). Об этих аспектах программного обеспечения узлов коммутации мы подробнее поговорим в главе 9.

Функциональное программное обеспечение станции 5ESS-2000, написано на языке Си и включает в себя примерно 30 подсистем. Большая их часть располагается в административных модулях AM и в коммутационных модулях SM в соответствии с архитектурой распределенной системы, показанной на рис. 5.5. Интерфейсы подсистем имеют определенные ограничения, например, программа одной подсистемы может вызвать программу другой подсистемы только в специальных глобальных точках, обмен данными происходит через стек, вызов примитива не вызывает прерывания реального времени, вызванная программа выполняется в стеке процесса вызвавшей программы и т.п. Более детально эти вопросы мы также

обсудим в главе 9, а здесь лишь приведем очень упрощенное описание обслуживания в 5ESS внутристанционного вызова.

Рис. 5.5. Архитектура программного обеспечения 5ESS

Абонент А, включенный в SM1, вызывает абонента В, включенного в SM3 той же АТС. Когда абонент А снимает с рычага микротелефонную трубку, устройство сканирования в абонентском блоке обнаруживает замыкание шлейфа линии. Процессор модуля SM периодически опрашивает устройства сканирования и детектирует изменения состояния линий, сравнивая результат очередного опроса с результатом предыдущего опроса; таким образом, состояние линии абонента А «трубка снята» фиксируется в SM1. На основании результатов сканирования процессор коммутационного модуля делает вывод о наличии запроса обслуживания и отмечает линию абонента А занятой. Идентифицируются данные об абоненте А, после чего к его линии подключается приемник цифр, а самому абоненту передается зуммерный сигнал «Ответ станции». Далее анализируются цифры, принимаемые от абонента А, определяется и тестируется линия абонента В, в AM передается запрос подключения к абоненту В. После приема первой цифры зуммерный сигнал «Ответ станции» отключается, и в процессор коммутационного модуля передается двоично-десятичное представление этой цифры. Следующие цифры обрабатываются таким же образом до тех пор, пока процессор модуля SM1 не определит, что все цифры получены. Когда этот процессор обнаружит, что полученных цифр достаточно для выбора маршрута, в процессор административного модуля через блок коммутации сообщений передается сообщение о необходимости выбрать маршрут в направлении к SM3. Для этого AM находит свободный временной интервал и свободные каналы для управления коммутационными модулями с целью выбора маршрутаи передает к процессору в SM3 инструкцию установить путь к вызываемой линии и опознать временной интервал и канал управления, присвоенные данному вызову, а к блоку коммутации - инструкцию установить двухстороннюю связь SM1-SM3 через каналы NCT.

Процессор модуля SM3 проверяет вызываемую линию, изменяет ее состояние на «занято» и инициирует выполнение необходимых тестов и посылку сигнала вызова в эту линию. Кроме того, процессор передает инструкцию генератору тональных сигналов и блоку обмена временных интервалов послать зуммерный сигнал «контроль посылки вызова» (КПВ) в линию вызывающего абонента А. После этого процессор модуля SM3 через блок коммутации сообщений передает к процессору модуля SM1 сообщение о том, что соединение установлено, и идентифицирует временной интервал в соединении NCT, который был присвоен данному вызову. В свою очередь, процессор модуля SM1 передает в блок обмена временных интервалов инструкцию подключить временной интервал вызывающей линии к временному интервалу соединения NCT.

Когда процессор модуля SM3 детектирует ответ абонента, он инициирует прекращение передачи сигнала посылки вызова, дает генератору тональных сигналов команду прекратить формирование сигнала КПВ, а блоку коммутации временных интервалов - команду подключить временной интервал канала к временному интервалу NCT. После этого процессор модуля SM3 передает сообщение процессору модуля SM1, информирующее последний, что ответ получен. Процессор модуля SM1 изменяет состояние линии, начинает отсчет времени для начисления платы и переводит процесс обслуживания вызова в стадию разговора.

Разъединение производится по-разному, в зависимости оттого, какая сторона первой дает отбой - вызывающая или вызываемая. При прекращении разговора вызывающей стороной сигнальный процессор модуля SM1 детектирует сигнал отбоя, процессор модуля передает сообщение об этом процессору модуля SM3 и ликвидирует соединение между линией и NCT. В свою очередь, процессор модуля SM3 передает к SM1 сообщение, подтверждающее отбой, и освобождает временной интервал. Затем оба процессора коммутационных модулей передают сообщения о разъединении в процессор административного модуля для фиксации изменения состояния использовавшегося пути в коммутационном поле.

При прекращении разговора вызываемой стороной сигнальный процессор модуля SM3 детектирует сигнал отбоя, процессор модуля передает сообщение об этом к SM1. Процессор модуля SM1 инициирует отсчет времени, после которого разрешается разъединение. Если до истечения этого времени не будет получено сообщение о повторном ответе вызываемой стороны, процессор коммутационного модуля производит разъединение таким же образом, как это было описано выше.В заключение краткого описания платформы 5ESS рассмотрим предлагаемую Lucent Technologies стратегию развития этой платформы при переходе к мультисервисным (речь/данные/видео) конвергентным сетям XXI века (рис. 5.6) с весьма удачным названием 7R/E (Revolutionary/Evolutionary). Согласно этой стратегии коммутатор 5ESS дооборудуется интерфейсом пакетной передачи, что позволит операторам создавать масштабируемые пакетные сети и постепенно преобразовать существующие сети с временным разделением каналов (TDM) в сети, основанные на протоколах IR

Рис. 5.6. Стратегия 7R/E

Элементами концепции 7R/E являются также:

7R/E Call Feature Server, отвечающий за обработку вызова, обеспечивающий преобразование номера и маршрутизацию для коммутации речевого трафика через пакетную сеть и поддерживающий все услуги, реализованные в классической платформе 5ESS, включая и рассматриваемые в главе 11 услуги интеллектуальной сети;

серверы мультимедийных ресурсов (MultiMedia Resource Servers), которые поддерживают распознавание речи, сетевые оповещения, речевую почту, универсальную службу обмена сообщениями (unified messaging) и др.;

модуль 7R/E Packet Driver, который позволит владельцам 5ESS плавно и безболезненно перейти от систем с коммутацией каналов к пакетным системам;

7R/E Programmable Feature Server, основанный на Softswitch;

7R/E Packet Gateway - шлюз доступа для объединения различных абонентских устройств, включая DSL, кабельные модемы и беспроводный доступ;

7R/E Trunk Access Gateway и др.И еще одно, непосредственно не связанное с 5ESS, весьма остроумное решение Lucent Technologies - коммутационная платформа EXS (Expandable Switching System), первоначально созданная компанией Excel Switching, которая была приобретена впоследствии компанией Lucent Technologies и стала ее подразделением. Типовая система Excel построена по схеме клиент-сервер и функционально разделена на четыре структурные части, представленные на рис. 5.7.

Рис. 5.7. Коммутационная платформа Excel

Коммутатор Excel представляет собой модульную, интегрированную, масштабируемую платформу с неблокирующим коммутационным полем, поддерживающую, в совокупности, до 30000 портов и строящуюся из более мелких модулей: EXS-1000 поддерживает до 1024 портов, EXS-2000 - до 2048 портов и т.д. Все элементы связаны между собой двойным оптическим кольцом EXNET со встречными потоками 1.2 Гбит/с. Excel использует архитектуру клиент-сервер, а обмен информацией между хост-компьютерами и процессорами коммутационных узлов ведется по протоколу TCP/IP на основе Ethernet. Один хост-компьютер может поддерживать все коммутационные узлы в кольце, но возможны и конфигурации с несколькими хост-компьютерами.

Этот коммутатор реализует функции Call-центра, ступени распределения вызовов, системы поддержки телефонных карт и т.п., аналогичные функциям отечественной платформы ПРОТЕЙ, обеспечивает прием и обработку вызовов абонентов, начисление платы за связь в режиме онлайн; реляционную базу данных, относящихся

к абонентскому учету, начисление платы за услуги и содержащую для этих целей информацию о клиентах, учетных делах, платежах и начислениях, балансах, картах, совершенных клиентом вызовах и оказанных ему услугах, о тарифах и многое другое.

Но кроме всего прочего, представленная на рис. 5.7 архитектура, как это когда-то было с Системой 12, оказала серьезное влияние на умы разработчиков коммутационной техники. Планы создания аналогичных коммутационных платформ всерьез обсуждались в нескольких российских компаниях, и лишь очень быстрая экспансия IP-технологий и решений, относящихся к конвергенции сетей связи, по мнению автора, ограничили использование приведенной на рис. 5.7 архитектуры.