Магистральный медиашлюз SURPASS hiG 1100

По проекту на сети в г. Нижнекамске после организации NGN будет действовать один транзитный медиашлюз ТШ типа SURPASS hiG 1100 для подключения цифровой ОПТС-42/43 и сельской части сети к кольцу NGN.

Магистральный медиашлюз SURPASS hiG 1100 имеет следующие характеристики:

- интерфейс к ТфОП E1 electric;

- интерфейсы к IP-сети 2 x 10/100BaseT Fast Ethernet;

- - голосовые кодеки: G.711, G.723.1, G.726, G.729 A и В, G.726;

- прозрачный режим (clearmode) - для передачи цифровых данных без кодека или обработки эхоподавления;

- все стандарты факсов (включая Group 3 и Group 4) передаются прозрачно;

- все стандарты модемной связи передаются прозрачно;

- обнаружение и подавление тишины;

- вставка комфортного шума;

- эхо-подавление G.168 и G.165:

- адаптивный буфер джиттера;

- DTMF распознавание и генерация:

- DTMF внеполосная передача через MGCP;

- DTMF внутриполостная передача (G.711);

- обработка протокола RTP/RTCP и статистика;

- регулируемый период пакетизации RTP;

- маркирование "Типа сервиса" (TOS) для RTP (RFC 791).

Протоколы NGN

Коммутатор Softswitch управляет обслуживанием вызовов, т.е. установлением и разъединением соединений. Также Softswitch осуществляет координацию обмена сигнальными сообщениями между различными сетями, иначе говоря, Softswitch координирует действия, обеспечивающие соединение с логическими объектами в разных сетях и преобразует информацию в сообщениях таким образом, чтобы они были поняты на обеих сторонах разнородных сетей (рис. 7.1).

Рис. 7.1 – Схема взаимодействия Softswitch с оборудованием NGN

 

Основные типы сигнализации, которые использует Softswitch:

- сигнализация для управления соединениями;

- сигнализация для взаимодействия коммутаторов Softswitch между собой;

- сигнализация для управления транспортными шлюзами.

Основными протоколами сигнализации для управления соединениями являются SIP, ОКС-7, H.323.

Также используются:

- абонентская сигнализация EDDS-1 первичного доступа ISDN;

- протокол абонентского доступа через интерфейс V5;

- российская версия сигнализаций R1, R2 – R 1.5.

Основными протоколами сигнализации управления транспортными шлюзами являются MGCP и MEGACO/Н.248, а основными протоколами сигнализации взаимодействия между Softswitch — SIP-Т и BICC.

В таблице 7.1 приведены функциональные назначения протоколов в архитектуре Softswitch.

Таблица 7.1

Протокол	Функция в архитектуреSoftswitch	Примечание
SIP	Управление и установление сеанса связи	Применяется для установления голосовых и мультимедийных вызовов по IP-сетям. Использует механизмы, принятые в Интернете, более простой чем протокол Н.248. Терминалы содержат ПО SIP-агента. Интеллектуальность ПО смещается от опорной сети к абонентским устройствам.
SIP-T	Передача сигнализации ССОП ISUP через SIP-сеть.	Специальная разновидность протокола SIP, обеспечивающая прозрачную передачу сообщений ISUP по сети SIP. При этом SIP-сеть выполняет функции транзитной станции. Разработка протокола продолжается для обеспечения всех функций ССОП.
H.323	Управление и установление сеанса связи.	Наиболее распространенный протокол в сетях передачи голоса по IP. Считается трудно масштабируемым и менее перспективным, чем SIP-протокол.
H.248/MEGACO	Управление шлюзами доступа в пакетную сеть.	Наиболее перспективный разрабатываемый стандарт. Потенциально должен обеспечить значительно большие возможности по совместимости различного оборудования.
MGCP	Управление шлюзами доступа в пакетную сеть.	Существуют сети с использованием данного протокола. Его усовершенствование затруднено из-за его особенностей.
BICC	Управление вызовом в сетях с разделенными уровнями управления и переноса информации	Протокол установления соединения, не независящий от типа используемой сети переноса (IP, ATM). Реализует полный набор услуг сети ССОП/ЦСИО. Содержит комплект стандартов, описывающих не только сигнальные процедуры, но и сетевую архитектуру. Основная идея протокола заключается в обеспечении полной реализации всех принятых голосовых услуг классической телефонии при использовании пакетных сетей. Протокол принят организацией 3GPP для сетей мобильной связи третьего поколения.
SIGTRAN	Передача протоколов управления и сигнализации по IP-сети	Набор стандартов, предлагаемый организацией IETF для обеспечения надежной передачи по IP-сети.

 

Протокол RTP

Основным транспортным протоколом для мультимедийных приложений стал протокол реального времени RTP (Real Time Protocol), предназначенный для организации передачи пакетов с кодированными речевыми сигналами по пакетной сети. Передача пакетов RTP ведется поверх протокола UDP, работающего, в свою очередь, поверх IP (рис. 7.2).

Рис. 7.2 - Уровни протоколов RTP/UDP/IP

 

Характерные для IP-сетей временные задержки и вариация задержки пакетов (джиттер) могут серьезно исказить информацию, чувствительную к задержке, например речь и видеоинформацию, сделав ее абсолютно непригодной для восприятия. Джиттер гораздо сильнее влияет на субъективную оценку качества передачи, чем абсолютное значение задержки.

Протокол RTP позволяет компенсировать негативное влияние джиттера на качество речевой и видеоинформации, но в то же время он не имеет собственных механизмов, гарантирующих своевременную доставку пакетов или другие параметры качества услуг, – это осуществляют нижележащие протоколы. Он даже не обеспечивает все те функции, которые обычно предоставляют транспортные протоколы, в частности функции исправления ошибок и управления потоком. Обычно протокол RTP базируется на протоколе UDP и использует его функции, но может работать и поверх других транспортных протоколов.

Протокол Н.323

Для построения сетей IP-телефонии первой стала рекомендация H.323 МСЭ-Т, которая является также первой зонтичной спецификацией систем мультимедийной связи для работы в сетях с коммутацией пакетов, не обеспечивающих гарантированное качество обслуживания (рис. 7.3).

 

Рис. 7.3 - Структура сети Н.323

 

 

Сети, построенные на базе протоколов H.323, ориентированы на интеграцию с телефонными сетями и могут рассматриваться как сети ЦСИС (цифровая служба с интеграцией служб), наложенные на сети передачи данных. В частности, процедура установления соединения в таких сетях IP-телефонии базируется на рекомендации МСЭ-Т Q.931 и практически идентична той же процедуре в сетях ЦСИС. При этом рекомендация H.323 предусматривает применение разнообразных алгоритмов сжатия речевой информации, что позволяет использовать полосу пропускания ресурсов передачи гораздо более эффективно, чем в сетях с коммутацией каналов.

 

 

Основными устройствами сети Н.323 являются: терминал, шлюз, привратник. В отличие от устройств ТфОП, устройства Н.323 не имеют жестко закрепленного места в сети, а подключаются к любой точке IP-сети. Однако при этом сеть Н.323 разбивается на зоны, а каждой зоной управляет привратник.

Терминал H.323 – оконечное устройство сети IP-телефонии, обеспечивающее 2-стороннюю речевую или мультимедийную связь с другим терминалом, шлюзом или устройством управления конференциями.

Шлюз является соединяющим мостом между ТфОП и IP. Основная функция шлюза — преобразование речевой (мультимедийной) информации, поступающей со стороны ТфОП с постоянной скоростью, в вид, пригодный для передачи по IP-сетям, т. е. кодирование информации, подавление пауз в разговоре, упаковка информации в пакеты RTP/UDP/IP, а также обратное преобразование. Кроме того, шлюз должен преобразовывать аналоговую абонентскую сигнализацию, сигнализацию по 2ВСК и сообщения систем сигнализации DSS1 и OKC7 в сигнальные сообщения Н.323. При отсутствии в сети привратника должна быть реализована еще одна функция шлюза: преобразование номера ТфОП в транспортный адрес IP-сети.

Привратник выполняет функции управления зоной сети IP-телефонии, в которую входят терминалы и шлюзы, зарегистрированные у данного привратника. Разные участки зоны сети H.323 могут быть территориально разнесены, но соединяться друг с другом через маршрутизаторы (рис. 7.4).

 

Рис. 7.4 - Зоновая архитектура сети H.323

 

В число наиболее важных функций, выполняемых привратником, входят:

- преобразование alias-адреса (имени абонента, телефонного номера, адреса электронной почты и др.) в транспортный адрес сетей с маршрутизацией пакетов IP (IP-адрес и номер порта RTP);

- контроль доступа пользователей системы к услугам IP-телефонии при помощи сигнализации RAS (Registration, Admission and Status);

- контроль, управление и резервирование пропускной способности сети;

- маршрутизация сигнальных сообщений между терминалами, расположенными в одной зоне.

Привратник также обеспечивает для пользователя возможность получить доступ к услугам любого терминала в любом месте сети и способность сети идентифицировать пользователей при их перемещении из одного места в другое.

 

Протокол SIP

Вторым вариантом построения сетей стал протокол SIP, разработанный комитетом IETF (Internet Engineering Task Force); спецификации протокола представлены в документе RFC 2543.

Протокол инициирования сеансов – Session Initiation Protocol (SIP) – является протоколом прикладного уровня и предназначается для организации, модификации и завершения сеансов связи: мультимедийных конференций, телефонных соединений и распределения мультимедийной информации, в основу которого заложены следующие принципы:

1) персональная мобильность пользователей. Пользователю присваивается уникальный идентификатор, а сеть предоставляет ему услуги связи вне зависимости от того, где он находится;

2) масштабируемость сети (характеризуется в первую очередь возможностью увеличения количества элементов сети при ее расширении);

3) расширяемость протокола характеризуется возможностью дополнения протокола новыми функциями при введении новых услуг и его адаптации к работе с различными приложениями.

Протокол SIP может быть использован совместно с протоколом H.323. Возможно также взаимодействие протокола SIP с системами сигнализации ТфОП – DSS1 и ОКС7.

Одной из важнейших особенностей протокола SIP является его независимость от транспортных технологий. В качестве транспорта могут применяться протоколы Х.25, Frame Relay, AAL5, IPX и др. Структура сообщений SIP не зависит от выбранной транспортной технологии. Но в то же время предпочтение отдается технологии маршрутизации пакетов IP и протоколу UDP. Пример построения сети SIP представлен на рис. 7.5.

 

Рис. 7.5 - Пример построения SIP-сети

 

Сеть SIP содержит следующие основные элементы.

Агент пользователя (User Agent или SIP client) является приложением терминального оборудования и включает в себя две составляющие: клиент агента пользователя (User Agent Client – UAC) и сервер агента пользователя (User Agent Server – UAS), иначе называемые клиент и сервер. Клиент UAC инициирует SIP-запросы, т.е. выступает в качестве вызывающей стороны. Сервер UAS принимает запросы и отвечает на них, т.е. выступает в качестве вызываемой стороны.

Запросы могут передаваться не прямо адресату, а на некоторый промежуточный узел (прокси-сервер и сервер переадресации).

Прокси-сервер (proxy server) принимает запросы, обрабатывает их и отправляет дальше на следующий сервер, который может быть как другим прокси-сервером, так и последним UAS. Таким образом, прокси-сервер принимает и отправляет запросы и клиента, и сервера. Приняв запрос от UAC, прокси-сервер действует от имени этого UAC;

Сервер переадресации (redirect server) передает клиенту в ответе на запрос адрес следующего сервера или клиента, с которым первый клиент связывается затем непосредственно. Он не может инициировать собственные запросы. Адрес сообщается первому клиенту в поле Contact сообщений SIP. Таким образом, этот сервер просто выполняет функции поиска текущего адреса пользователя.

Сервер местоположения (location server) – база адресов, доступ к которой имеют SIP-серверы, пользующиеся ее услугами для получения информации о возможном местоположении вызываемого пользователя. Приняв запрос, сервер SIP обращается к серверу местоположения, чтобы узнать адрес, по которому можно найти пользователя. В ответ тот сообщает либо список возможных адресов, либо информирует о невозможности найти их.

 

Протокол MGCP

Рабочая группа MEGACO комитета IETF разработала протокол управления шлюзами – Media Gateway Control Protocol (MGCP).

При разработке протокола управления шлюзами рабочая группа MEGACO опиралась на принцип декомпозиции, согласно которому шлюз разбивается на отдельные функциональные блоки (рис. 7.6):

Рис. 7.6 - Архитектура сети, базирующейся на протоколе MGCP

 

- транспортный шлюз MG – Media Gateway, который выполняет функции преобразования речевой информации, поступающей со стороны ТфОП с постоянной скоростью, в вид, пригодный для передачи по сетям с маршрутизацией пакетов IP: кодирование и упаковку речевой информации в пакеты RTP/UDP/IP, а также обратное преобразование;

- устройство управления CA – Call Agent, выполняющее функции управления шлюзом;

- шлюз сигнализации SG – Signaling Gateway, который обеспечивает доставку сигнальной информации, поступающей со стороны ТфОП, к устройству управления шлюзом и перенос сигнальной информации в обратном направлении.

Таким образом, весь интеллект функционально распределенного шлюза размещается в устройстве управления, функции которого в свою очередь могут быть распределены между несколькими компьютерными платформами. Шлюз сигнализации выполняет функции STP – транзитного пункта системы сигнализации по общему каналу – ОКС7. Транспортные шлюзы выполняют только функции преобразования речевой информации. Одно устройство управления обслуживает одновременно несколько шлюзов. В сети может присутствовать несколько устройств управления. Предполагается, что эти устройства синхронизованы между собой и согласованно управляют шлюзами, участвующими в соединении. Рабочая группа MEGACO не определяет протокол синхронизации работы устройств управления, однако в ряде работ, посвященных исследованию возможностей протокола MGCP, для этой цели предлагается использовать протоколы H.323, SIP или ISUP/IP.

Перенос сообщений протокола MGCP обеспечивает протокол UDP.

Одно из основных требований, предъявляемых к протоколу MGCP, состоит в том, что устройства, реализующие этот протокол, должны работать в режиме без сохранения информации о последовательности транзакций между устройством управления и транспортным шлюзом, т.е. в устройствах не требуется реализации конечного автомата для описания этой последовательности.

Протокол MGCP является внутренним протоколом, поддерживающим обмен информацией между функциональными блоками распределенного шлюза. Протокол MGCP использует принцип master/slave (ведущий/ведомый), причем устройство управления шлюзами является ведущим, а транспортный шлюз – ведомым устройством, которое выполняет команды, поступающие от устройства управления.

Такое решение обеспечивает масштабируемость сети и простоту эксплуатационного управления сетью через устройство управления шлюзами. К тому же неинтеллектуальные шлюзы требуют меньшей производительности процессоров и, как следствие, оказываются менее дорогими. Кроме того, обеспечивается возможность быстро добавлять новые протоколы сигнализации и новые дополнительные услуги, так как нужные для этого изменения затрагивают только устройство управления шлюзами, а не сами шлюзы.

Рабочей группой MEGACO предложена следующая классификация транспортных шлюзов (Media Gateways):

- Trunking Gateway – шлюз между ТфОП и сетью с маршрутизацией пакетов IP, ориентированный на подключение к телефонной сети посредством большого количества цифровых трактов (от 10 до нескольких тысяч) с использованием системы сигнализации ОКС 7;

- Voice over ATM Gateway – шлюз между ТфОП и АТМ - сетью, который также подключается к телефонной сети посредством большого количества цифровых трактов (от 10 до нескольких тысяч);

- Residential Gateway – шлюз, подключающий к IP-сети аналоговые, кабельные модемы, линии xDSL и широкополосные устройства беспроводного доступа;

- Access Gateway – шлюз для подключения к сети IP-телефонии небольшой учрежденческой АТС через аналоговый или цифровой интерфейс;

- Business Gateway – шлюз с цифровым интерфейсом для подключения к сети с маршрутизацией IP-пакетов учрежденческой АТС при использовании, например, системы сигнализации DSS1;

- Network Access Server – сервер доступа к IP-сети для передачи данных;

- Circuit switch или packet switch – коммутационные устройства с интерфейсом для управления от внешнего устройства.

Протокол MEGACO/H.248

Рабочая группа MEGACO комитета IETF, продолжая исследования, направленные на усовершенствование протокола управления шлюзами, создала более функциональный (по сравнению с рассмотренным в предыдущей главе протоколом MGCP) протокол MEGACO. Но разработкой протоколов управления транспортными шлюзами, кроме комитета IETF, занималась еще и исследовательская группа SG 16 Международного союза электросвязи. Спецификации адаптированного протокола приведены в рекомендации ITU-T H.248.

Рассмотрим кратко основные особенности протокола MEGACO/H.248. Для переноса сигнальных сообщений MEGACO/H.2488 могут использоваться протоколы UDP, TCP, SCTP или транспортная технология ATM. Поддержка для этих целей протокола UDP – одно из обязательных требований к контроллеру шлюзов. Протокол TCP должен поддерживаться и контроллером, и транспортным шлюзом, а поддержка протокола SCTP, так же как и технологии ATM, является необязательной.

При описании алгоритма установления соединения с использованием протокола MEGACO комитет IETF опирается на специальную модель процесса обслуживания вызова, отличную от модели MGCP. Протокол MEGACO оперирует с двумя логическими объектами внутри транспортного шлюза: порт (termination) и контекст (context), которыми может управлять контроллер шлюза (рис. 7.7).

 

 

Рис. 7.7 - Примеры модели процесса обслуживания вызова

 

Порты являются источниками и приемниками речевой информации. Определено два вида портов: физические и виртуальные.

Физические порты, существующие постоянно с момента конфигурации шлюза, — это аналоговые телефонные интерфейсы оборудования, поддерживающие одно телефонное соединение, или цифровые каналы, также поддерживающие одно телефонное соединение и сгруппированные по принципу временного разделения каналов в тракт Е1.

Виртуальные порты, существующие только в течение разговорной сессии, являются портами со стороны IP-сети (RTP-порты), через которые ведутся передача и прием пакетов RTP.

Контекст – это отображение связи между несколькими портами, то есть абстрактное представление соединения двух или более портов одного шлюза. В любой момент времени порт может относиться только к одному контексту, который имеет свой уникальный идентификатор. Существует особый вид контекста – нулевой. Все порты, входящие в нулевой контекст, не связаны ни между собой, ни с другими портами. Например, абстрактным представлением свободного (не занятого) канала в модели процесса обслуживания вызова является порт в нулевом контексте.

Порт имеет уникальный идентификатор (TerminationID), который назначается шлюзом при конфигурации порта. Например, идентификатором порта может служить номер тракта Е1 и номер временного канала внутри тракта.

При помощи протокола MEGACO контроллер может изменять свойства портов шлюза. Свойства портов группируются в дескрипторы, которые включаются в команды управления портами.

 

Заключение

 

В дипломном проекте разработан план построения сети следующего поколения NGN в г. Нижнекамске на базе оборудования SURPASS фирмы Siemens, а именно:

- приведен состав оборудования и архитектура сети NGN;

- дана характеристика оборудования гибкого коммутатора Soft switch hiE 9200, универсального абонентского медиашлюза MG hiG 1600, транспортного шлюза MG hiG 1100;

- рассчитана производительность гибкого коммутатора;

- сделан расчет параметров интерфейсов подключения гибкого коммутатора к пакетной сети;

- рассчитана полоса пропускания и определены интерфейсы медиашлюзов hiG 1600 и hiG1100;

- приведены технические характеристики медиашлюзов;

- рассмотрены протоколы сигнализации Softswitch;

- сделан расчет полосы пропускания в пакетной транспортной сети для передачи Интернет - трафика;

- рассчитана полоса пропускания для видеоуслуг IP-TV и VoD.

Построение NGN г. Нижнекамске позволит не только увеличить телефонную плотность в городе и сельских населенных пунктах, но и обеспечить его население телефонной связью высокого качества и предоставить ему широкий спектр дополнительных видов услуг, а также увеличит структурную надежность сети.