1. Анализ развития телекоммуникационных сетей

1.1. Инфокоммуникационные услуги и новые требования к сетям связи

1.1.1. Роль инфокоммуникационных услуг в создании информационного общества

1.1.2. Особенности инфокоммуникационных услуг

1.1.3. Конвергенция сетей и услуг

1.2. Концепция сетей следующего поколения (NGN)

2. Классификация видов информации, способов передачи и коммутации

2.1. Классификация видов информации

2.2. Классификация способов коммутации и передачи

3. Классификация и характеристика служб и услуг

3.1. Классификация служб

3.2. Классификация услуг

4. Проблемы обеспечения качества услуг (QoS)

4.1. Концепция качества услуг

4.2. Концепция характеристик сети (NP)

4.3. Соглашение об уровне услуг (SLA)

4.4. Управление мультисервисной сетью

5. Открытые системы

5.1. Семиуровневая эталонная модель взаимодействия открытых систем

5.2. Понятия в области ЭМВОС

5.3. Понятия об уровнях, стеках, профилях

6. Цифровые сети с интеграцией служб (ISDN)

6.1. Требования, предъявляемые к ISDN

6.2. Службы и услуги

6.3. Эталонная модель протоколов узкополосной ISDN (N-ISDN)

6.4. Адресация в ISDN

6.5. Широкополосная ISDN с технологией ATM

7. Сети доступа

7.1. Назначение сетей доступа и их место в структуре современных инфокоммуникационных сетей

7.2. Функциональный состав сетей доступа

7.3. Архитектура сети доступа

7.4. Классификация сетей доступа

7.5. Использование разных топологий доступа

8. Система общеканальной сигнализации № 7

8.1. Построение сети сигнализации с протоколом ОКС № 7

8.2. Эталонная модель протоколов ОКС № 7

8.3. Подсистема передачи сообщений (MTP)

8.4. Маршрутизация, адресация, анализ и распределение сигнальных сообщений

8.5. Процедуры защиты от ошибок

8.6. Способы защиты от ошибок

8.7. Методология проектирования ОКС № 7

9. Принципы доставки информации

9.1. Атрибуты телетрафика

9.2. Выбор телекоммуникационной технологии для транспортной сети нового поколения (NGN)

9.3. Технология MPLS

9.4. Магистральные мультисервисные сети

9.5. Маршрутизация в мультисервисных сетях общего пользования и корпоративных

9.6. Алгоритмы маршрутизации в сетях с коммутацией пакетов

10. Интеллектуальные сети. Виртуальные сети

10.1. Централизация функций предоставления услуг

10.2. Концепция и архитектура интеллектуальной сети (IN)

10.3. Протокол INAP

10.4. Классификация и характеристика интеллектуальных услуг

10.5. Особенности и преимущества VPN3

10.6. Защита данных VPN

11. Принципы проектирования мультисервисных сетей. Примеры построения мультисервисных сетей

11.1. Задачи проектирования сетей

11.2. Пример построения мультисервисной сети с помощью оборудования НТЦ ПРОТЕЙ

11.3. Расчет нагрузки транспортной сети с технологией IP/MPLS

Термины и сокращения

(на русском языке)

2ВСК – система сигнализации по двум выделенным сигнальным каналам цифровой системы передачи ИКМ

А:

АВРК – асинхронное временное разделение каналов;

Аутентификация – подлинность, верность;

АЦП – аналогово-цифровое преобразование

Б:

БД – база данных;

БДС (Блок Данных Службы) – это данные интерфейса уровня N, которые остаются неизменными от одной стороны соединения до другой;

БДП – база данных порта (коммутатора ATM);

БКК – быстрая коммутация каналов;

БКП – быстрая коммутация пакетов

В:

Видеотекс (Videotex, VX) – служба, обеспечивающая доступ удаленных пользователей к базам данных общего пользования по телефонному каналу в диалоговом режиме; получаемая по запросу информация отображается на экране дисплея;

ВОС – взаимодействие открытых систем;

Временнáя прозрачность - свойство сети обеспечивать такие значения задержки и дрожания (джиттера) задержки, которые удовлетворяют требованиям качества обслуживания;

ВРК – временное разделение каналов;

ВТ – виртуальный тракт

Е:

ЕЭС (Европейское экономическое сообщество) – основано в 1957 шестью государствами. В 1993 на основе ЕЭС заключен Маастрихтский договор о создании Европейского союза

З:

ЗС – запроса соединения

И:

ИВК – идентификатор виртуального канала;

ИВТ – идентификатор виртуального тракта;

Идентификация – отождествление, приравнивание, уподобление;

ИСС – интеллектуальная сеть связи

К:

КП – коммутация пакетов;

КЭ – коммутационный элемент

М:

ММ – метка маршрутизации;

МСКК – многоскоростная коммутация каналов

МСС – мультисервисная сеть связи

О:

ОС (Открытая Система) – открытой (Open System) называют систему, которая реализует открытые спецификации на интерфейсы, услуги и форматы данных;

ОТС (Оконечная Точка Соединения) – элемент ТДС, являющийся частью соединения уровня N

П:

Плезиохронный – почти синхронный;

ПО – программное обеспечение;

ПП (Прикладной Процесс) – ведет обработку данных для некоторого приложения (решая пользовательскую задачу);

ПРК – пространственное разделение каналов

Р:

РОС (Реальная Открытая Система) – это РС, которая удовлетворяет требованиям ITU-T Х.200 (ISO 7498) при ее взаимодействии с другими РС;

РС – реальная система

С:

СВРК – синхронное временное разделение каналов;

Семантическая прозрачность – способность сети обеспечивать доставку информации от источника к адресату с приемлемым для данной службы уровнем ошибок;

Служба – комплекс аппаратных и программных средств сети связи, а также поддерживающих их средств технической эксплуатации, технического обслуживания и административного управления, которые обеспечивают предоставление услуг пользователю;

ССОП (Сеть Связи Общего Пользования) – предназначена для предоставления услуг электросвязи любому пользователю на территории Российской Федерации;

Статистическое мультиплексирование – способ объединения потоков, состоящий в том, что потоки отдельных источников складываются (агрегируются) в магистральном канале с экономией пропускной способности;

Статическое мультиплексирование – способ объединения потоков, состоящий в том, что за каждым из источников закрепляется определенная часть ресурса магистрального канала (например, своя полоса частот), каждый источник может использовать только ту часть ресурса, которая ему отведена;

Т:

PTSE (PNNI Topology State Element) – запись о топологии ближайшего окружения (ТБО);

ТДС (Точка Доступа к Службе) – точка, в которой данный уровень предоставляет услуги уровню (N +1);

ТВ – телевидение

У:

Услуга доставки информации “V = 64 Кбит/с, без ограничений” –неограниченная цифровая информация с тонами/сигнализацией

Ц:

ЦАП – цифро-аналоговое преобразование;

ЦСЛ – цифровая соединительная линия

Ч:

ЧРК – частотное разделение каналов

Э:

ЭМВОС – эталонная модель взаимодействия открытых систем;

ЭС (Элемент Соединения) – состоит из средств коммутации (Switch, S) и управления (Control, C)

(на английском языке)

2B1Q (2 Binary 1 Quaternary) – “два двоичных в один четверичный символ”. Метод преобразования пары битов в четырехуровневый сигнал: 00 (-3), 01 (-1), 10 (+1), 11 (+3);

3G (3rd Generation) – третье поколение систем мобильной связи стандарта GSM;

3GPP2 (3rd Generation Partnership Project) – проект партнерства в области систем 3G;

10GE (10 Gigabit Ethernet) – спецификация (стандарт, технология) 10GigE, утверждена в июне 2002 г.;

A:

AAL (ATM Adaptation Layer) – уровень адаптации ATM, один из трёх уровней протокола ATM. Задаёт для SAR правила подготовки информации (разбиения потока данных на ячейки) для передачи по ATM-сети. Состоит из двух подуровней: CS и SAR. В зависимости от типа трафика существует несколько рекомендованных ITU-T уровней адаптации: AAL1, AAL2, AAL3/4 и AAL5;

ABC код сети связи ОП, включает сети с географической системой нумерации, сети кода ABC – это сети стационарной связи, охватывающие территорию 8-миллионной зоны нумерации ABC;

AGW (Access Gateway) – шлюз доступа;

ALOHA (Метод CSMA/CD) – доступ к среде в технологии Ethernet, основанный на алгоритме CSMA/CD (множественный доступ с распознаванием несущей и обнаружением коллизий). Главное достоинство этого метода – простота подключения новых терминалов к среде передачи. Основной недостаток – ограничение числа терминалов, работающих в одном физическом сегменте. Простая система ALOHA позволяет каждому терминалу начинать передачу тогда, когда он этого захочет. Такая схема с неизбежностью приводит к столкновениям (коллизиям);

АМ (Accounting Management) – управление взаиморасчетами (с клиентами сетевых служб);

AN (Access Network,) – сеть доступа, обеспечивающая подключение терминальных устройств пользователя к оконечному узлу мультипротокольной сети;

API (Application Programming Interface) – интерфейс прикладного программирования;

ATM (Asynchronous Transfer Mode) – асинхронный метод передачи (данных)

B:

B-ICI (Broadband Inter-Carrier Interface) – широкополосный межстанционный стык;

Billing – выписка счетов;

B-ISDN (Broadband Integrated Services Digital Network) – широкополосная цифровая сеть с интеграцией служб;

B-ISUP (Broadband ISDN User Part) – подсистема пользователя B-ISDN, протокол уровня 7 стека CCS7 B-ISDN;

BORSCHT (группа функций, которая обеспечивается линейными схемами
телефонных станций на аналоговых абонентских линиях):

- В (battery), батарейное питание абонентской линии,

- 0 (overvoltage), защита от перенапряжений в линии,

- R (ringing) вызывной сигнал,

- S (supervision) контроль абонентских терминалов,

- С (coder/decoder) кодирование/декодирование речевых сигналов,

- Н (hybrid), преобразование двухпроводного окончания в четырехпроводное,

- Т (test), тестирование линии;

BRA (Basic-rate Access) – протокол, регламентирующий процедуру пользователей к ресурсам ISDN на базовой скорости 2B+D;

BRI (Basic Rate Interface) – базовый интерфейс обмена [абонента]; линия ISDN, в которой пользователю предоставляются два B-канала (64-Кбит/с) и один D-канал сигнализации (16-Кбит/с). Позволяет одновременно передавать данные, голос, графическую и видеоинформацию со скоростью 128 Кбит/с; обозначается как 2B+D. Канал типа B – Bearer channel

C:

CCS7 (Common Channel System no 7) – общеканальная система сигнализации № 7;

CoS (Quality of Service) – качество обслуживания;

CM (Configura-tion Management) – управление конфигурацией (сети);

CS (Convergence Sublayer) – подуровень конвергенции, в сетях ATM - один из двух подуровней AAL;

CSC (Common-signaling Channel) – общий канал сигнализации;

CSMA (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection) – многостанционный доступ с контролем несущей и обнаружением конфликтов;

CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) – множественный доступ с контролем несущей и обнаружением столкновений (конфликтов, коллизий), метод управления доступом к среде передачи данных в ЛВС Ethernet, устанавливающий следующий порядок передачи: перед началом передачи блока данных станция должна проверить состояние канала и, если он свободен, начать передачу;

CMIP (Common Management Information Protocol) – протокол общей управляющей информации (стандартный протокол сетевого управления для сетей OSI; определяет ряд функций, отсутствующих в SNMP);

CP (Content Provider) – поставщик информации, индивидуальный предприниматель или юридическое лицо, предоставляющее информацию поставщику услуги для ее распространения или предоставления пользователям по сети оператора связи;

CR-LDP (“Constraint” based “Routing” + LDP) – маршрутизация на основе ограничений + протокол распределения меток;

D:

DCE (Data Communications Equipment) аппаратура передачи данных, телекоммуникационное оборудование (один из двух типов устройств, соединяемых с последовательным интерфейсом RS-232, принимает данные от DTE и выполняет посреднические функции, преобразуя входной сигнал перед его отправкой получателю;

DEF код сети связи ОП, включает сети с негеографической системой нумерации, негеографическая система нумерации используется в технологических и специальных сетях, сетях мобильной связи;

DPC (Destination Point Code) – код пункта назначения (КПН);

DSL (Digital Subscriber Line) – цифровая абонентская линия;

DSS1 (Digital Subscriber Signaling System No 1) – Цифровая абонентская система сигнализации № 1;

DTE (Data Terminal Equipment) – оконечное оборудование данных (ООД);

DTL (Designated Transit List) – транзитный список;

DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing, Dense WDM) – мультиплексирование по длине волны, технология спектрального уплотнения

E:

E-DSS1 (European Digital Subscriber Signaling) – цифровая абонентская сигнализация, рекомендованная ETSI;

E-mail (Electronic Mail) – электронная почта;

ER (Edge Router) – граничный маршрутизатор;

Ethernet – сеть (протокол, стандарт, технология) Ethernet, протокол уровня звена данных и передающая среда ЛВС с шинной архитектурой, разработанная в исследовательском центре PARC корпорации Xerox (Роберт Меткалф, 22 мая 1973 г.), а затем адаптированная DEC и Intel. Регламентируется стандартами IEEE 802.3 и ISO 8802.3. Регламентирует в качестве передающей среды коаксиальный кабель, метод управления доступом CSMA/CD, скорость передачи данных 10 Мбит/с, размер пакета от 72 до 1526 байтов, а также метод кодирования данных. В одной сети Ethernet может работать до 1024 рабочих станций. Развитие этой технологии для сетей 100 Мбит/с - Fast Ethernet;

ETSI (European Telecommunications Standards Institute) – Европейский институт стандартизации электросвязи, официальный орган Европейского экономического сообщества (ЕЭС)

F:

FISU (Fill-in Signal Unit) – заполняющая сигнальная единица (ЗПСЕ);

FR (Frame Relay) – ретрансляция кадров;

FM (Fault Management) – устранение повреждений (в сети);

FTAM (File Transfer, Access and Management) – протокол OSI для доступа к файлам, передача, доступ и управление файлами;

FTP (File Transfer Protocol) – протокол передачи файлов, клиент-серверный протокол прикладного уровня, обеспечивающий поиск и пересылку файлов между двумя, возможно, разнородными машинами по сети TCP/IP. Определён в RFC 959. Применяется в Internet для работы с ftp-серверами. Использует два параллельных TCP-соединения: порт 20 для пересылки данных и порт 21 – для управляющего TCP-соединения;

FW (Firewall) – брандмауэр

G:

GII (Global Information Infrastructure) – глобальная информационная инфраструктура, которая должна обеспечить возможность доступа к информационным ресурсам каждого жителя планеты без дискриминации

H:

H.323 – стандарт ITU-TSS, определяющий требования к видеоконференциям, проводимым через сети с коммутацией пакетов (с негарантированным качеством доставки), например, по сети Ethernet. Является расширением стандарта H.320;

HTTP (Hypertext Transfer Protocol) – протокол передачи гипертекстовых файлов (протокол уровня приложений для распределенных информационных систем гипермедиа, позволяющий общаться системам с различной архитектурой; используется при передаче HTML-файлов по сети веб-страниц)

I:

I.430 – основной интерфейс “пользователь – сеть” N-ISDN, спецификация уровня 1;

I.431 – интерфейс “пользователь сеть” на первичной скорости N-ISDN, спецификация уровня 1;

IAB (Internet Architecture Board) [ранее Internet Activities Board] – Совет по архитектуре Интернет, комитет IAB один из руководящих органов Internet, входящий в ISOC. Утверждает новые протоколы, стандарты, проекты развития Сети, правила выдачи адресов и т. д. Работает на общественных началах, однако членами IAB могут стать только лица, имеющие квалификацию и авторитет. IAB руководит комитетами (группами) IANA, IETF, IRTF;

IAD (Integrated Access Device) – интегрированное устройство доступа;

IETF (Internet Engineering Task Force) – целевая группа инженерной поддержки Internet , комитет по инженерным вопросам [проблемам] Internet, открытая общественная организация сети Internet, в которой обсуждаются технические проблемы развития Сети и её архитектуры и создаются рабочие группы для их решения. Разрабатывает стандарты и протоколы Internet, выпускает RFC. Этот комитет возник по инициативе IAB в 1986 г., когда в Сан-Диего прошло первое совещание IETF;

IEC (International Electrotechnical Commission) – Международная электротехническая комиссия (МЭК), расположенная в Женеве. Международная организация, занимающаяся стандартами в области электроники и электротехники, в том числе по безопасности электрического и другого оборудования. Состоит из национальных комиссий 40 стран мира. Основана в 1906 г.;

IP (Internet Protocol) – протокол Internet 3-го уровня, межсетевой протокол;

IPDV (IP Delay Variation) – вариация задержки IP пакетов;

ILMI (Interim Local Management Interface) – интерфейс внутреннего локального управления (в корпоративных сетях);

IN (Intelligent Network) – интеллектуальная сеть, понятие, определённое Международным союзом электросвязи. Относится к стандартам и способам организации предоставления интеллектуальных услуг;

IN (Intelligent Network) – интеллектуальная сеть, понятие, определённое Международным союзом электросвязи;

INAP (IN Application Protocol) – прикладной протокол интеллектуальной сети;

IPLR (IP Loss Ratio) – доля потерянных IP пакетов;

IPTD (IP Time Transfer Delay) – средняя задержка переноса IP пакетов;

IP Fwd – доставка данных с помощью протокола IP;

IREP (IP Repair) – доля искаженных IP пакетов;

ISUP (ISDN User Part) – протокол уровня 7 стека CCS7 N-ISDN;

L:

LAP-D (Link-access Procedure-D) – процедура доступа к D-каналу (цифровой сети с интегрирацией служб);

LAP-F (LAP for Frame Relay) – процедура доступа к каналу Frame Relay;

LDAP (Lightweight Directory Access Protocol) – упрощенный протокол доступа к (сетевым) каталогам, промышленный стандарт для доступа к каталогам через Internet без установления соединения, разработан University of Washington, поддержан Netscape и ещё 40 фирмами. Представляет собой упрощенную версию ориентированного на соединение протокола DAP из набора стандартов X.500. Более поздние спецификации – протокол LDAP 2 (определён в RFC 1777, 1778 и 1823) и LDAP 3 (определен в RFC 2251);

LDP (Label Distribution Protocol) – протокол распределения меток;

LSSU (Link-state Signaling Unit) – сигнальная единица состояния звена сигнализации (СЗСЕ) ОКС № 7;

LT (Line Terminal) – согласующая оконечная схема в доступе ISDN

M:

MAC (Media Access Control) – протокол управления доступом к (передающей) среде: а) общее название методов доступа сетевых устройств к среде передачи, б) подуровень уровня звена данных, задающий методы доступа к среде, формат кадров, способ адресации;

MAP (Mobile Allocation Part) – подсистема пользователя сотовой сети подвижной связи ОКС № 7;

MGCP/MEGACO (Media Gateway Control Protocol) – протокол IETF управления медиашлюзами NGN;

MGC (Media Gateway Controller) – устройство управления медиашлюзами;

MGW (Media Gateway) – медиашлюз;

MPLS (Multiprotocol Label Switching) – многопротокольная коммутация с использованием меток, которая дает возможность классифицировать пакеты, направлять их по виртуальным каналам с высоким качеством доставки информации;

MSU (Message Signaling Unit) – значащая сигнальная единица (ЗНСЕ) ОКС № 7;

MTP (Message Transfer Part) – подсистема передачи сообщений (ППС) ОКС № 7

N:

NFS (Network File System) – сетевая файловая система, набор протоколов на основе транспортного протокола UDP, позволяющий Unix-машинам, PC и ПК Macintosh совместно использовать файлы в локальной сети;

N-ISDN (Narrowband Integrated Services Digital Network) – узкополосная цифровая сеть с интеграцией служб, технология N-ISDN;

NGN (Next Generation Net) – концепция построения сетей связи, обеспечивающих предоставление неограниченного набора услуг с гибкими возможностями по их управлению, персонализации и созданию новых услуг за счет унификации сетевых решений;

NNI (Network to Network Interface) – межсетевой интерфейс;

NT (Network Terminal) – сетевой терминал

O:

O&M – эксплуатация и техническое обслуживание

OMAP (Operations, Maintenance and Administration Part) – подсистема эксплуатации, технического обслуживания и администрирования (протокол уровня 7 CCS7);

OPC (Origination Point Code) – код исходящего пункта (КИП) сигнализации;

OSI (Open Systems Interconnection) – взаимодействие открытых систем, эталонная модель OSI - семиуровневая модель протоколов открытых систем, утверждённая ISO (стандарт ISO-7498) в 1984 г., предназначенная для обеспечения взаимодействия открытых систем. В модели OSI все сетевые функции разделены на уровни таким образом, что все вышележащие уровни пользуются услугами нижележащих через стандартизованные интерфейсы

P:

PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy) – плезиохронная цифровая иерархия;

PDU (Protocol Data Unit) – протокольный блок данных;

PKI (Public Key Infrastructure) – инфраструктура с открытыми ключами;

PNNI (Private Network-to-Network Interface) – межсетевой интерфейс частных сетей

PM (Performance Management) – управление качеством (функционирования сети);

PPP (Point-to-Point Protocol) – протокол передачи от точки к точке, протокол двухточечного соединения;

PRI (Primary Rate Interface) – первичный интерфейс обмена, стандарт ITU-T ISDN, описывающий интерфейс 30B+D (1984 Кбит/с) в Европе и России

R:

R2 – система сигнализации в международной телефонной сети

S:

SAR (Segmentation and Reassemble) – подуровень сегментации и сборки в сетях ATM - один из двух подуровней AAL;

SCP (Service Control Point) – узел управления услугами, специализированный узел сети связи, осуществляющий управление предоставлением услуг в соответствии с концепцией интеллектуальной сети связи и принадлежащий оператору сети связи;

SDH (Synchronous Digital Hierarchy) – синхронная цифровая иерархия;

SDL (Specification-and-description Language) – язык описаний и спецификаций;

SIP (Session Initial Protocol) – протокол инициализации сеанса, протокол сигнализации уровня 7, используемый в NGN;

SL (Signaling Link) – звено сигнализации ОКС № 7;

SLA (Service Level Agreement) – соглашение об уровне услуг, соглашение между поставщиком услуг доступа (оператором связи) и пользователем о количественных и качественных характеристиках предоставляемых услуг, таких как доступность службы, поддержка пользователей, время исправления неисправности и т.д.;

SLS (Signaling Link Selection Field) – поле селекции звена сигнализации ОКС № 7;

SM (Security Management) – управление защитой информации;

SMS (Short-message Service) – служба коротких сообщений;

SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) – простой протокол электронной почты (основной протокол электронной почты в Internet);

SN (Service Node) – узел служб, специализированный узел сети связи, поддерживающий предоставление инфокоммуникационных услуг и принадлежащий поставщику услуг;

SNMP (Simple Network Management Protocol) – простой протокол сетевого управления (стек TCP/IP);

Softswitch – гибкая система управления обработкой вызовов и коммутацией;

SP (Service Provider) – поставщик услуги, индивидуальный предприниматель или юридическое лицо, предоставляющее инфокоммуникационную услугу связи и не обладающее собственной инфраструктурой связи;

SP (Signaling Point) – оконечный пункт сигнализации ОКС № 7;

SPX (Sequenced Packet Exchange) – упорядоченный обмен пакетами;

STP (Transfer Signaling Point) – транзитный пункт сигнализации ОКС № 7;

T:

TCP (Transport Control Protocol) – протокол управления передачей, протокол 4-го уровня стека TCP/IP Internet;

TDM (Time-division Multiplexer) – мультиплексор с временным разделением;

TDMA (Time-division Multiple Access) – многостанционный доступ с временным разделением каналов;

T.120 (стандарт T.120 Комитета ITU-TSS) – описывает двух- и многосторонние видеоконференции, проводимые при совместной работе над документами с использованием различных сред передачи данных;

TE (Terminal Equipment) – терминальное оборудование, соответствующее требованиям стандарта ISDN, существует два типа такого оборудования: TE1 и TE2. TE1 - это ISDN-совместимое терминальное оборудование, подключаемое к четырёхпроводной шине S, а TE2 - любое другое терминальное оборудование, подключаемое с помощью терминального адаптера (TA);

Telnet – протокол эмуляции терминала, удаленный доступ к Internet, базовая сетевая услуга, позволяющая абоненту Internet дистанционно подключаться к другим удалённым станциям и работать с ними со своей машины, как если бы она была их удалённым терминалом;

TGW (Trunking Gateway) – шлюз трактов (соединительных линий);

TIPHON (Telecommunications and Internet Protocol Harmonization over Networks) – телекоммуникации и гармонизация Internet-протокола в сетях;

TMN (Telecommunications Management) – управление телекоммуникационной сетью;

TP (Traffic Type) – тип трафика;

TP4 (Transport Protocol Class 4) {Error Detection and Recovery Class} – протокол передачи класса 4, наиболее мощный из транспортных протоколов OSI

U:

UDP (User Datagram Protocol) – протокол передачи дейтаграмм пользователя;

UNI (User-to-Network Interface) – интерфейс “пользователь-сеть”

Q:

Q3 – интерфейс сетевого управления;

Q.931 – протокол ITU-T уровня 3 стека DSS1;

V:

VLAN (Virtual LAN) – виртуальная ЛВС (ВЛВС), вид сети, в которой коммуникации и доступ осуществляются без знания структуры сети или местонахождения конкретного ресурса (логическая совокупность пользователей, имеющих общий домен для широковещательных сообщений);

VPN (Virtual Private Network) – виртуальная частная сеть, ВЧС подсеть корпоративной сети, обеспечивающая безопасное вхождение в неё удалённых пользователей. Подсети используются для безопасной пересылки через Интернет конфиденциальных данных за счёт инкапсуляции IP-пакетов внутрь других пакетов, которые затем маршрутизируются;

W:

WDM (Wavelength-division Multiplexing) – спектральное разделение по длинам волн;

Wi-Fi (Wireless Fidelity) – семейство стандартов IEEE 802.11b и IEEE 802.11g

WLL (Wireless Local Loop) – беспроводный абонентский доступ, технология беспроводной связи, разработанная корпорацией AT&T;

Wi-Max (Worldwide Interoperability for Microware Access) – общемировая совместимость широкополосного беспроводного доступа, стандарт IEEE 802.16а (802.16-2004)

X:

X.25 – серия стандартов ITU-TSS (бывший MKKTT). Определяет протокол, используемый для пересылки сигналов и данных в сети с коммутацией пакетов. Каждый пакет содержит информацию о компьютере-отправителе и компьютере-получателе. Описывает этот интерфейс на трех уровнях: физическом, передачи данных и сетевом. Сети X.25 получили свое название по имени рекомендации "X.25", выпущенной МККТТ в 1976 г.;

X.500 – рекомендации ITU-T для каталогов, стандарт (1993 г.) для службы распределенного каталога сети. Каталоги X.500 предоставляют централизованную информацию обо всех именованных объектах сети (ресурсах, приложениях и пользователях)

Введение

Современный этап развития мировой цивилизации характеризуется переходом от индустриального общества к информационному, в котором предполагается наличие новых форм социальной и экономической деятельности, которые базируются на массовом использовании информационных и телекоммуникационных технологий.

В наше время развитие инфокоммуникационных услуг осуществляется, в основном, в рамках Internet, доступ к услугам которой обеспечивается через традиционные сети связи. В то же время в ряде случаев услуги Internet, ввиду ограниченных возможностей её транспортной инфраструктуры, не отвечают современным требованиям, предъявляемым к услугам информационного общества. В связи с этим развитие инфокоммуникационных услуг требует решения задач эффективного управлении информационными ресурсами с одновременным расширением функциональности сетей связи.

Принимая во внимание особенности инфокоммуникационных услуг, перспективные сети связи должны обладать свойствами:

  • мультисервисности (независимости технологий предоставления услуг от транспортных технологий);
  • широкополосности (возможности гибкого и динамического изменения скорости передачи информации в широком диапазоне);
  • мультимедийности (способности передачи многокомпонентной информации (речь, данные, видео, аудио));
  • интеллектуальности (возможности управления услугой, вызовом и соединением со стороны пользователя или поставщика услуг);
  • инвариантность доступа (возможности организации доступа к услугам независимо от используемой технологии);
  • многооператорности (возможности участия нескольких операторов в процессе предоставления услуги и разделения их ответственности в соответствии с их областью деятельности).

Кроме того, при формировании требований к перспективным мультисервисным сетям необходимо учитывать особенности деятельности поставщиков услуг. В частности, современные подходы к регламентации услуг присоединения предусматривают доступ поставщиков услуг, в том числе и не обладающих собственной инфраструктурой, к ресурсам сети общего пользования без дискриминации.

Существующие сети связи общего пользования с коммутацией каналов (ССОП) и коммутацией пакетов (СПД) в настоящее время не отвечают перечисленным выше требованиям. Ограниченные возможности традиционных сетей являются сдерживающим фактором на пути внедрения новых инфокоммуникационных услуг.

Мультисервисные сети представляют собой самостоятельный класс сетей, строящихся на основе концепции NGN, на базе которых может быть осуществлено предоставление широкого набора как традиционных, так и новых услуг.

Определение мультисервисных сетей как самостоятельного класса означает, что их регламентация должна осуществляться на основе нормативно-технической базы, учитывающей особенности интеграции различных услуг и системно-технических решений в рамках одной сети.

Основные определения, относящиеся к проблематике мультисервисных сетей связи

В Концептуальных положениях по построению мультисервисных сетей на ЕСЭ России [1] используются следующие термины и определения:

Сеть связи следующего поколения (Next Generation Net, NGN) - концепция построения сетей связи, обеспечивающих предоставление неограниченного набора услуг с гибкими возможностями по их управлению, персонализации и созданию новых услуг за счет унификации сетевых решений. Предполагает реализацию универсальной транспортной сети с распределенной коммутацией, вынесение функций предоставления услуг в оконечные сетевые узлы и интеграцию с традиционными сетями связи.

Мультисервисная сеть (МС) - это сеть связи, построенная в соответствии с концепцией NGN и обеспечивающая предоставление неограниченного набора услуг.

Мультипротокольная сеть – транспортная сеть связи, входящая в состав мультисервисной сети, обеспечивающая перенос разных видов информации с использованием различных протоколов передачи.

Инфокоммуникационная сеть (ранее применялись также термины “информационная сеть”, “компьютерная сеть” и др.) – это технологическая система, которая включает в себя кроме средств доставки также средства хранения, обработки и поиска информации и предназначена для обеспечения пользователей электрической связью и доступом к необходимой им информации.

Процессы интеграции и конвергенции телекоммуникационной отрасли и средств информатизации будут способствовать в период до 2015 г. превращению телекоммуникационных сетей в инфокоммуникационные сети.

Сеть доступа (Access Network, AN) – сеть связи, обеспечивающая подключение терминальных устройств пользователя к оконечному узлу мультипротокольной сети.

Традиционная сеть связи существующая сеть связи, такая как ТФОП, СДОП, сеть кабельного телевидения и тому подобные, изначально предназначенная для предоставления услуг связи одного вида.

Инфокоммуникационная услуга (услуга информационного общества) – услуга связи, предполагающая автоматизированную обработку, хранение или предоставление по запросу информации с использованием средств вычислительной техники, как на входящем, так и на исходящем конце соединения.

Единая сеть электросвязи, в соответствии со статьей 12 ФЗ “О связи”, состоит из сетей следующих категорий:

  • сеть связи общего пользования;
  • выделенные сети связи;
  • технологические сети связи;
  • сети специального назначения.

Сеть связи общего пользования (ССОП) предназначена для предоставления услуг электросвязи любому пользователю на территории Российской Федерации. Сеть связи ОП включает сети с географической (ABC) и негеографической (DEF) системой нумерации. Негеографическая система нумерации используется в технологических и специальных сетях. Сеть связи ОП представляет собой комплекс взаимодействующих сетей связи, включая сети связи для распространения программ телевизионного и радиовещания. Сети общего пользования Российской Федерации имеют присоединение к сетям связи общего пользования иностранных государств.

Выделенные, технологические, а также сети связи специального назначения образуют группу сетей ограниченного пользования (ОгП), так как контингент их пользователей ограничен корпоративными клиентами.

Выделенные сети связи – это сети, предназначенные для предоставления услуг ограниченному кругу пользователей. Такие сети могут взаимодействовать между собой, но не имеют присоединения к сетям общего пользования ЕСЭ, а также к сетям связи общего пользования иностранных государств. Выделенная сеть может быть присоединена к сети общего пользования ЕСЭ с переводом в категорию сети общего пользования, если она соответствует ее требованиям.

Технологические сети связи предназначены для обеспечения производственной деятельности организаций и управления технологическими процессами. При наличии свободных ресурсов эти сетевые ресурсы могут быть присоединены к сети общего пользования ЕСЭ с переводом в категорию сетей общего пользования и использованы для предоставления возмездных услуг любому пользователю.

Сети связи специального назначения предназначены для обеспечения нужд государственного управления, обороны, безопасности и охраны правопорядка в Российской Федерации. Такие сети не могут использоваться для возмездного оказания услуг связи, если иное не предусмотрено законодательством Российской Федерации.

Следует отметить, что приведенные категории сетей отличаются от тех, которые применялись в ВСС на основании закона “О связи” 1995 г. Напомним, что в состав ВСС входили сеть связи ОП, ведомственные сети связи и сети связи специального назначения. Таким образом, появилась новая категория сетей связи – выделенные сети, а ведомственные сети связи получили наименование технологических.

По функциональному признаку сети ЕСЭ разделяются на сети доступа и транспортные сети.

Транспортной является та часть сети связи, которая выполняет функции переноса (транспортирования) потоков сообщений от их источников из одной сети доступа к получателям сообщений другой сети доступа путем распределения этих потоков между сетями доступа.

Сетью доступа сети связи является та ее часть, которая связывает источник (приемник) сообщений с узлом доступа, являющимся граничным между сетью доступа и транспортной сетью.

По типу присоединяемых абонентских терминалов сети ЕСЭ разделяются на:

  • сети фиксированной связи, обеспечивающие присоединение стационарных абонентских терминалов;
  • сети подвижной связи, обеспечивающие присоединение подвижных (перевозимых или переносимых) абонентских терминалов.

Сети традиционно разделяются на первичные и вторичные по способу организации каналов.

Первичная сеть представляет собой совокупность каналов и трактов передачи, образованных оборудованием узлов и линий передачи (или физических цепей), соединяющих эти узлы. Первичная сеть предоставляет каналы передачи (физические цепи) во вторичные сети для образования каналов связи.

Вторичная сеть представляет собой совокупность каналов связи, образуемых на базе первичной сети путем их коммутации и маршрутизациив узлах коммутации и организации связи между абонентскими устройствами пользователей.

По территориальному делению сети разделяются на:

  • магистральную сеть – это сеть, связывающая между собой узлы центров субъектов Российской Федерации и узлы центра Российской Федерации. Магистральная сеть обеспечивает транзит потоков сообщений между зоновыми сетями и связанность ЕСЭ, является стратегически важным компонентом ЕСЭ;
  • зоновые (или региональные) сети – это сети связи, образуемые в пределах территории одного или нескольких субъектов Российской Федерации (регионов);
  • местные сети – это сети связи, образуемые в пределах административной или определенной по иному принципу территории и не относящиеся к региональным сетям связи. Местные сети подразделяются на городские и сельские;
  • международная сеть – это сеть общего пользования, присоединенная к сетям связи иностранных государств.

По кодам нумерации сети разделяются на два класса:

  • сети кода ABC – это сети стационарной связи, охватывающие территорию 8-миллионной зоны нумерации ABC;
  • сети кода DEF – это сети мобильной связи, которым выделен код DEF.

По организационно-техническому построению магистральные сети ЕСЭ разделяются на два класса:

  • магистральные сети класса I – сети, удовлетворяющие всем организационно-техническим требованиям ЕСЭ в части обеспечения устойчивости и живучести сети, защищенности от информационных угроз и воздействия дестабилизирующих факторов;
  • магистральные сети класса II – сети, не полностью удовлетворяющие этим требованиям.

По числу служб электросвязи сети бывают:

  • моносервисные, предназначенные для организации одной службы электросвязи (например, радиовещания);
  • мультисервисные, предназначенные для организации двух и более служб электросвязи (например, телефонной, факсимильной и нескольких мультимедийных служб).

По видам коммутации вторичные сети разделяются на:

  • некоммутируемые сети;
  • коммутируемые сети (с коммутацией каналов, сообщений, пакетов).

По характеру среды распространения сети разделяются на проводные, радио- и смешанные. В свою очередь, радиосети разделяются на спутниковые и наземные.

Сети общего пользования различаются по объему обслуживаемой территории:

  • сеть оператора связи, занимающего существенное положение (имеет более 25 % монтированной емкости коммутации или пропускает более 25 % трафика);
  • сети других операторов.

Услуга переноса (bearer service) услуга связи, заключающаяся в прозрачной передаче информации пользователя между сетевыми окончаниями без какого-либо анализа или обработки ее содержания.

Узел управления услугами (Service Control Point, SCP) – специализированный узел сети связи, осуществляющий управление предоставлением услуг в соответствии с концепцией интеллектуальной сети связи и принадлежащий оператору сети связи.

Узел служб (Service Node, SN) – специализированный узел сети связи, осуществляющий предоставление инфокоммуникационных услуг и принадлежащий поставщику услуг.

Поставщик услуги (Service Provider, SP) – индивидуальный предприниматель или юридическое лицо, предоставляющее инфокоммуникационную услугу связи и не обладающее собственной инфраструктурой связи.

Поставщик информации (Content Provider, CP) - индивидуальный предприниматель или юридическое лицо, предоставляющее информацию поставщику услуги для ее распространения или предоставления пользователям по сети оператора связи.

1. Анализ развития телекоммуникационных сетей

1.1. Инфокоммуникационные услуги и новые требования к сетям связи

1.1.1. Роль инфокоммуникационных услуг в создании информационного общества

Современный этап развития мировой цивилизации характеризуется переходом от индустриального к информационному обществу, предполагающим наличие новых форм социальной и экономической деятельности, которые базируются на массовом использовании информационных и телекоммуникационных технологий.

Технологической основой информационного общества является Глобальная Информационная Инфраструктура [Global Information Infrastructure, GII], которая должна обеспечить возможность доступа к информационным ресурсам каждого жителя планеты без дискриминации [36, 37]. Информационную инфраструктуру составляет совокупность баз данных, средств обработки информации, взаимодействующих сетей связи и терминалов пользователей. Доступ к информационным ресурсам в GII реализуется посредством услуг связи нового типа, получивших название услуг Информационного общества или инфокоммуникационных услуг.

Наблюдаемые в настоящее время высокие темпы роста объемов предоставления инфокоммуникационных услуг позволяют прогнозировать их преобладание на сетях связи в ближайшем будущем. На сегодняшний день развитие инфокоммуникационных услуг осуществляется, в основном, в рамках компьютерной сети Internet, доступ к услугам которой осуществляется через традиционные сети связи. В то же время в ряде случаев услуги Internet, ввиду ограниченных возможностей её транспортной инфраструктуры, не отвечают современным требованиям, предъявляемым к услугам информационного общества. В связи с этим развитие инфокоммуникационных услуг требует решения задач эффективного управлении информационными ресурсами с одновременным расширением функциональности сетей связи. В свою очередь, это стимулирует процесс интеграции Internet и сетей связи.

1.1.2. Особенности инфокоммуникационных услуг

К основным технологическим особенностям, отличающим инфокоммуникационные услуги от услуг традиционных сетей связи, можно отнести следующие [8, 9, 29-31]:

  • инфокоммуникационные услуги оказываются на верхних уровнях модели ВОС (в то время как услуги связи предоставляются на третьем, сетевом, уровне);
  • большинство инфокоммуникационных услуг предполагает наличие клиентской и серверной частей (клиентская часть реализуется в оборудовании пользователя, а серверная – на специальном выделенном узле сети, называемом узлом служб);
  • инфокоммуникационные услуги, как правило, предполагают передачу информации мультимедиа, которая характеризуется высокими скоростями передачи и несимметричностью входящего и исходящего информационных потоков;
  • для предоставления инфокоммуникационных услуг зачастую необходимы сложные многоточечные конфигурации соединений;
  • для инфокоммуникационных услуг характерно разнообразие прикладных протоколов и возможностей по управлению услугами со стороны пользователя;
  • для идентификации абонентов может использоваться дополнительная адресация в рамках данной инфокоммуникационной услуги.

Большинство инфокоммуникационных услуг являются "приложениями", то есть их функциональность распределена между оборудованием поставщика услуги и оконечным оборудованием пользователя. Как следствие, функции оконечного оборудования также должны быть отнесены к составу инфокомунникационных услуг, что необходимо учитывать при их регламентации.

Бизнес-модель, определяющая участников процесса предоставления инфокоммуникационных услуг и их взаимоотношения, также отличается от модели традиционных услуг электросвязи, в которой было представлено всего лишь три основных участника: оператор, абонент и пользователь. Новая деловая модель предполагает наличие поставщика услуг, который предоставляет инфокоммуникационные услуги абонентам и пользователям. При этом сам поставщик является потребителем услуг переноса, предоставляемых оператором сети связи. На рынке могут также присутствовать дополнительные виды поставщиков услуг: поставщики информации, брокеры, ретейлеры и др.

Поставщик информации предоставляет информацию поставщику услуг для распространения.

Брокер предоставляет информацию о поставщиках услуг и их потенциальных абонентах, содействует пользователям при поиске поставщиков услуг, оказывающих требуемые им услуги.

Ретейлер выступает как посредник между поставщиком услуг и пользователем с целью адаптации услуги к его индивидуальным требованиям.

1.1.3. Конвергенция сетей и услуг

Конвергенция сетей, обусловленная необходимостью одновременной передачи разными категориями пользователей голосовой и видеоинформации в реальном времени, данных, породила две глобальные технические проблемы:

  • необходимость поддержки большого разнообразия систем сигнализации, используемых в каждой из объединяемых сетей, базирующихся на технологиях TDM, ATM, IP, MPLS и др.;
  • "конвергенция услуг связи" (наряду с "конвергенцией сетей") - ввод новых инфокоммуникационных услуг с универсальным доступом из ССОП, ISDN, интеллектуальной сети (IN), сети IP.

Решение этих задач возлагается на аппаратно-программные средства нового типа: так называемые “программные коммутаторы (Softswitch)” и медиашлюзы (MGW).

Программные коммутаторы (Softswitch) специально создавались для обоих типов сетей (ТфОП и IP), в каждой из них это оборудование воспринимается по-разному:

Для работы в ТфОП Softswitch должен выполнять функции пункта сигнализации ОКС № 7 и иметь интерфейсы для поддержки других систем сигнализации ТфОП/ISDN: EDSS1, 2ВСК, R2 и др.

В сети с коммутацией пакетов Softswitch выступает в качестве единого устройства управления медиашлюзами (Media Gateway Controller, MGC) и/или контроллера сигнализации (Signaling Controller), диспетчера Н.323 (системы видеоконференцсвязи) и сервера SIP (Session Initial Protocol).

Под термином интеграция понимают объединение:

  • служб (услуг);
  • методов коммутации;
  • аппаратных или программных средств в единую систему;
  • элементной базы средств коммутации и доставки информации.

Конвергенция – это процесс постепенного сближения различных по своему назначению технологий и служб связи с целью унификации оборудования и расширения функциональных возможностей.

Мультисервисность – это поддержка множества служб (service) программно-аппаратными средствами одной сети.

Мультипротокольность это возможность доставки информации независимо от того, с помощью каких протоколов созданы протокольные блоки данных.

К инфокоммуникационным услугам предъявляются следующие требования:

  • мобильность;
  • возможность гибкого и быстрого создания новых услуг;
  • гарантированное качество.

Большое влияние на требования к инфокоммуникационным услугам оказывает процесс конвергенции, приводящий к тому, что инфокоммуникационные услуги становятся доступными пользователям вне зависимости от способов доступа.

Принимая во внимание рассмотренные особенности инфокоммуникационных услуг, могут быть определены следующие требования к перспективным сетям связи:

  • мультисервисность”, термин выражает свойство независимости технологий предоставления услуг от транспортных технологий;
  • широкополосность”, термин выражает возможность гибкого и динамического изменения скорости передачи информации в широком диапазоне в зависимости от текущих потребностей пользователя;
  • мультимедийность”, термин выражает способность сети передавать многокомпонентную информацию (речь, данные, видео, аудио) с необходимой синхронизацией этих компонент в реальном времени и использованием сложных конфигураций соединений;
  • интеллектуальность”, термин выражает возможность управления услугой, вызовом и соединением со стороны пользователя или поставщика услуг;
  • инвариантность доступа”, термин выражает возможность организации доступа к услугам независимо от используемой технологии;
  • многооператорность”, термин выражает возможность участия нескольких операторов в процессе предоставления услуги и разделение их ответственности в соответствии с их областью деятельности.

Кроме того, при формировании требований к перспективным мультисервисным сетям необходимо учитывать особенности деятельности поставщиков услуг. В частности, современные подходы к регламентации услуг присоединения предусматривают доступ поставщиков услуг, в том числе и не обладающих собственной инфраструктурой, к ресурсам сети общего пользования без дискриминации. При этом к основным требованиям, предъявляемым поставщиками услуг к сетевому окружению, относятся:

  • обеспечение возможности работы оборудования в “мультиоператорской” среде, то есть увеличение числа интерфейсов для подключения к сетям сразу нескольких операторов связи, в том числе на уровне доступа;
  • обеспечение взаимодействия узлов поставщиков услуг для их совместного предоставления;
  • возможность применения “масштабируемых” технических решений при приемлемой стартовой стоимости оборудования.

Существующие сети связи общего пользования (ССОП) с коммутацией каналов и коммутацией пакетов в настоящее время не отвечают перечисленным выше требованиям. Ограниченные возможности традиционных сетей являются сдерживающим фактором на пути внедрения новых инфокоммуникационных услуг. С другой стороны, наращивание объёмов предоставляемых инфокоммуникационных услуг может негативно сказаться на показателях качества обслуживания вызовов базовых служб существующих сетей связи.

Все это вынуждает учитывать наличие инфокоммуникационных услуг при планировании способов развития традиционных сетей связи в направлении создания мультисервисных сетей.

1.2. Концепция сетей следующего поколения (NGN)

Общие подходы к построению мультисервисных сетей связи нашли отражение в концепции перспективных сетей связи следующего поколения – NGN [29-31].

Базовым принципом концепции NGN является отделение друг от друга:

  • функций переноса и коммутации,
  • функций управления вызовом и управления услугами.

Функциональная модель NGN, в общем случае, может быть представлена тремя уровнями:

  • транспортным;
  • управления коммутацией и передачей информации;
  • управления услугами.

Задачей транспортного уровня является коммутация и прозрачная передача информации пользователя.

Задачей уровня управления коммутацией и передачей информации является обработка информации сигнализации, маршрутизация вызовов и управление потоками.

Уровень управления услугами содержит функции управления логикой услуг и приложений и представляет собой распределенную вычислительную среду, обеспечивающую:

  • предоставление инфокоммуникационных услуг;
  • управление услугами;
  • создание и внедрение новых услуг;
  • взаимодействие различных услуг.

Уровень управления услугами позволяет реализовать специфику услуг и применять одну и ту же программу логики услуги вне зависимости от типа транспортной сети (IP, ATM, FR) и способа доступа. Наличие этого уровня позволяет также вводить на сети любые новые услуги без вмешательства в функционирование других уровней.

Уровень управления услугами может включать множество независимых подсистем ("сетей услуг"), базирующихся на различных технологиях, имеющих своих абонентов и использующих свои, внутренние системы адресации.

Архитектура сети связи, построенной в соответствии с концепцией NGN, представлена на рисунке 1.1. Основу NGN составляет универсальная транспортная сеть, реализующая функции транспортного уровня и уровня управления коммутацией и передачей.

В состав транспортной сети NGN могут входить:

  • транзитные узлы, выполняющие функции переноса и коммутации;
  • оконечные (граничные) узлы, обеспечивающие доступ абонентов к ресурсам мультисервисной сети;
  • контроллеры сигнализации, выполняющие функции обработки информации сигнализации, управления вызовами и соединениями;
  • шлюзы, обеспечивающие подключение традиционных сетей связи (ССПС, СПДОП).

Рисунок 1.1. Архитектура сети следующего поколения (NGN)

Контроллеры сигнализации могут быть вынесены в отдельные устройства, предназначенные для обслуживания нескольких узлов коммутации.

Использование общих контроллеров позволяет рассматривать их как единую систему, распределенную по сети. Такое решение не только упрощает алгоритмы установления соединений, но и является наиболее экономичным для операторов и поставщиков услуг, так как позволяет заменить дорогостоящие системы коммутации большой емкости небольшими, гибкими и доступными по стоимости даже мелким поставщикам услуг.

Назначением транспортной сети является предоставление услуг переноса.

Реализация инфокоммуникационных услуг осуществляется на базе узлов служб (Service Node, SN) и/или узлов управления услугами (Service Control Point, SCP).

Узел служб(SN) является оборудованием поставщиков услуг и может рассматриваться в качестве сервера приложений для инфокоммуникационных услуг, клиентская часть которых реализуется оконечным оборудованием пользователя.

Узел управления услугами (SCP) является элементом распределённой платформы интеллектуальной сети связи (ИСС) и выполняет функции управления логикой и атрибутами услуг. Совокупность нескольких узлов служб или узлов управления услугами, задействованных для предоставления одной и той же услуги, образуют платформу управления услугами. В состав платформы также могут входить узлы административного управления услугами и серверы различных приложений. Оконечные/оконечно-транзитные узлы транспортной сети могут выполнять функции узлов служб, то есть состав функций граничных узлов может быть расширен за счет добавления функций предоставления услуг.

Для построения таких узлов может использоваться технология гибкой коммутации (Soft Switch). Инфокоммуникационные услуги предполагают взаимодействие поставщиков услуг и операторов связи, которое может обеспечиваться на основе функциональной модели распределённых (региональных) баз данных, реализуемых в соответствии с Рекомендацией МСЭ-Т X.500. Доступ к базам данных организуется с использованием протокола LDAP (Lightweight Directory Access Protocol).

Упомянутые базы данных позволяют решать следующие задачи:

  • создание абонентских справочников;
  • автоматизация взаиморасчётов между операторами связи и поставщиками услуг;
  • обеспечение взаимодействия между операторами связи в процессе предоставления услуг ИСС;
  • обеспечение взаимодействия терминалов, имеющих разные функциональные возможности, на двух концах соединения.

Базы данных могут использоваться также поставщиками услуг для организации платных информационно-справочных услуг. Концепция NGN во многом опирается на технические решения, уже разработанные международными организациями стандартизации. Так, например, взаимодействие серверов в процессе предоставления услуг предполагается осуществлять на базе протоколов, специфицированных IETF (MEGACO), ETSI (TIPHON), Форумом 3GPP2 и др.

Для управления услугами будут использованы протоколы H.323, SIP и подходы, применяемые в интеллектуальных сетях связи. В качестве технологической основы построения транспортного уровня мультисервисных сетей рассматриваются ATM и IP с возможным применением в будущем оптической коммутации.

2. Классификация видов информации, способов передачи и коммутации

2.1. Классификация видов информации

В рекомендациях ITU-T серии I.xxx приведена классификация основных видов информации:

  • пользовательская (группа "User");
  • управления (группа "Control");
  • административного управления (группа "Management").

К пользовательской информации (U) относятся, например, те виды, которые приведены в таблице 2.1.

Для обмена этими видами информации используются информационные протоколы прикладного уровня, например, SMTP, H.323, HTTP, FTP, T.120 и др.

Большинство видов информации, приведенных в таблице 2.1, чувствительно к задержке при передаче по каналам телекоммуникационных сетей. Переход к сетям, основанным на концепции NGN, требует учета разнообразия характеристик различных видов информации.

Характеристики телефаксов:

1. Факс гр. 3: 203x98 точек/дюйм;

2. Факс гр. 4: 400x400 точек/дюйм.

К виду C относятся:

  • информация, обеспечивающая поддержку процессов установления и разъединения соединения между сетевыми объектами;
  • информация, обеспечивающая поддержку процессов предоставления интеллектуальных услуг;
  • информация, обеспечивающая поддержку процессов роуминга в сотовых сетях мобильной связи.

Для обмена этими видами информации используются сигнальные протоколы:

  • Q.931 (протокол уровня 3 стека DSS1);
  • ISUP (протокол уровня 7 стека CCS7 N-ISDN);
  • B-ISUP (протокол уровня 7 стека CCS7 B-ISDN);
  • SIP (протокол уровня 7, используемый в NGN) и др.

К виду M относятся:

  • информация административного управления (O&M – эксплуатации и технического обслуживания);
  • информация управления сетями связи (TMN).

В процессе решения этих задач обеспечивается обмен данными:

- об авариях;

- о результатах измерений характеристик управляемых объектов;

- о статистике;

- о начислении платы за предоставляемые ресурсы и др.

Таблица 2.1. Виды и характеристики информации пользователей

Вид

информации

Диапазон частот (D F). Скорость передачи (V). Динамический диапазон уровней (D)

Чувствительность:

T - к задержке;

L (loss) - к потере информации

Службы связи (сéти)

Голос

0,3-3,4 кГц; D£ 40дБ

T

ТЛФ

Музыка

0,02 –20 кГц;

D £ 60дБ

T

Радиовещания

TV (подвижное изображение)

D Fкан £ 6 МГц

D £ 60дБ

T, L

TV

Цифровая ТЛФ

6,5 - 64 Кбит/c

T

ТЛФ

Цифровое TV

2 - 25 Мбит/c

T, L

TV

Телеграфная

50 Бит/с-2400 Бит/с

L

ТЛГ

Данные (ПЭВМ)

9,6 Кбит/с – 34 Мбит/с

L

ПД (X.25,FR,ATM)

Факс (гр. 3, 4)

2,4 Кбит/с – 64 Кбит/с

L

ФАКСИМИЛЕ

Видеотекст,

телетекст

64 Кбит/с

L

Видеотекс;

телетекс

E-mail

9,6 Кбит/с – 64 Кбит/с

L

FR, Internet (E-mail), ATM

Голосовая почта

14 Кбит/с – 64 Кбит/с

L

FR, Internet, TЛФ

Видео почта

(64 – 128) Кбит/с

L

ТЛФ, FR, Internet, ATM

Телеметрия

(2,4 – 128) Кбит/с

L

ТЛФ, ПД

Доступ к Internet

(19,2-2048) Кбит/с

(2,4 - 56) Кбит/с

L

ТЛФ, Internet, ATM

ТV по запросу

(2,0 – 8,0) Мбит/с

L, T

TV, КТВ, ATM, Internet

Видеоте-лефония

128 Кбит/с

L

ТЛФ, Internet, ATM

Видеоконфе-ренция

(384 – 512) Кбит/с

L

ТЛФ, Internet, ATM

Для обмена этими видами информации используются протоколы управления сетью, например, SNMP, CMIP, ILMI, OMAP, FTAM и др.

Службы, функционирующие в МСС, характеризуются следующими атрибутами:

  • скорость передачи информации;
  • способ установления соединения (коммутируемое, полупостоянное или постоянное);
  • метод коммутации (КК или КП);
  • конфигурация связи (“точка-точка”, “многоточечная”, “широковещательная”);
  • принцип установления связи (по запросу, с предварительным резервированием на заданное время, постоянная связь);
  • протокол доступа.

В рекомендации ITU-T I.211 все услуги МСС предлагается делить на интерактивные и вещательные. К интерактивным услугам относятся: диалоговые (интерактивные), почтовые, "по запросу". К вещательным услугам относятся: трансляционные без влияния пользователя и с возможностью активного управления со стороны пользователя. Примеры диалоговых услуг приведены в таблице 2.2.

Таблица 2.2. Примеры диалоговых услуг, предоставляемых службами МСС

Тип информации

Широкополосная услуга

Область применения

1. Подвижные изображения и звук

Видеотелефония

Системы связи для передачи речи, неподвижных и подвижных изображений между двумя пользователями

Видеоконференции

Системы связи для передачи речи, документов, неподвижных и подвижных изображений между двумя или большим количеством пользователей

Видеонаблюдение

Системы охраны и мониторинга (технологических процессов, дорожного движения и др.)

Передача видео- и аудиоинформации

Передачи ТВ, работа с БД мультимедиа

2. Звук

Передача множества звуковых каналов

Передача нескольких радиопрограмм, информац. каналы на нескольких языках одновременно

3. Данные

Высокоскоростная передача информации в цифровой форме

Передача данных при взаимодействии:

 

  • ЛВС,
  • распределённых сетей,
  • локальных и распределенных сетей АТМ,
  • компьютеров,
      1. Передача видеоинформации и неподвижных изображений.
      2. Распределённая интерактивная компьютерная обработка.
      3. Распределенные системы автоматизации производства с обменом в интерактивном режиме.

Высокоскоростное телеуправление

  • Системы сигнализации,
  • Телеметрия,
  • Системы контроля в реальном времени.

4. Документы

Высокоскоростной телефакс

Передача изображений, текста, рисунков

Передача видео высокого разрешения

  • Передача видео с проф. качеством,
  • Передача изображений из операционных (мед.),
  • Компьютерные игры с удалёнными абонентами.

Обмен документами

Передача смешанных документов.

2.2. Классификация способов коммутации и передачи

На рисунке 2.1 приведена классификация способов коммутации и передачи


Рисунок 2.1. Классификация способов коммутации и передачи

В таблице 2.2 приведены достоинства и недостатки способов коммутации и передачи.

Таблица 2.2. Достоинства и недостатки способов коммутации и передачи

Способ

коммутации

Достоинства

Недостатки

Коммутация каналов (КК)

1) не требуются ресурсы сети для обработки сообщений;

2) задержка доставки сообщений минимальна (она равна времени установления соединения tус).

1) невозможно изменение полосы пропускания канала;

2) невозможна интеграция в одной сети видов служб с разными скоро-стями передачи;

3) низкое использование полосы пропускания канала.

Многоскоростная коммутация (МСКК)

1) возможность изменения полосы пропускания канала;

2) задержка доставки минималь-на;

1) низкое использование канала при пачечном трафике (Кп = Тс/Тпер>1);

2) высокая сложность системы синхронизации;

3) необходимость выделения большого количества каналов с базовой полосой пропускания (Vбаз) для высокоскоростных служб;

4) необходимость выбора низкой базовой полосы пропускания канала.

Быстрая коммутация каналов (БКК)

1) возможность передачи пакетов данных в паузах речевого сигнала;

2) улучшенное использование полосы канала при трафике пачечного типа (Кп >1);

3) задержка доставки пакетов мала.

1) при перегрузках быстро растут потери;

2) при перегрузках часть речевых отрезков

теряется;

3) после передачи каждого пакета (в паузах речевого обмена) необходимо восстанавливать соединение между пользователями за время tус £ 140 мс, чтобы задержки “из конца в конец” не превышали 240 мс.

Быстрая коммутация пакетов (БКП)

1) динамическое изменение скорости передачи (полосы пропускания канала);

2) малая вероятность ошибки;

3) простота протоколов звена данных и сетевого уровней в узлах сети;

4) малая величина задержки;

5) хорошее использование ресурсов сети при пачечном трафике;

6) гибкость в условиях перегрузки.

а) потери скорости передачи из-за необходи-мости включения адреса в каждый пакет;

б) усложнение коммутационных полей коммутаторов.

Коммутация пакетов (КП)

1) динамическое изменение скорости передачи;

2) высокое использование ресурсов сети при пачечном трафике.

а) задержка для пакетов с речевой информацией может быть недопустимо большой;

б) высокая сложность протоколов звеньевого и сетевого уровней;

в) большая зависимость задержки сообщений от поступающей нагрузки.

Первый проект сети с коммутацией пакетов был обнародован в 1974 г. Основа концепции такой сети – отказ от жесткой связи между канальным интервалом (TIME SLOT) и соединением в первичных цифровых синхронных сетях. В то время (70-е годы 20-го века) качество каналов сетей связи было низким. Поэтому для обеспечения приемлемой семантической прозрачности сквозного соединения в сети потребовалось использование сложных протоколов уровня звена данных, позволивших обеспечить разграничение кадров и защиту от ошибок.

Пакетная коммутация ориентирована на предоставление виртуальных каналов, которые существуют лишь как временнóе подмножество ресурса физической цепи.

Это временнóе подмножество пользователь ощущает как реальный канал. При этом в одном физическом канале осуществляется мультиплексирование потоков пакетов многих пользователей и служб.

Пропускная способность физического канала считается достаточной, если ни один из пользователей не замечает понижения качества услуг при параллельном использовании общего ресурса с другими пользователями.

Различают два вида соединений в пакетных сетях:

  • виртуальный канал (аналогичен коммутируемому соединению, устанавливаемому на время сеанса);
  • постоянный виртуальный канал (аналогичен выделенной линии, кроссируемой по определенному маршруту “из конца в конец”).

При объединении потоков нескольких источников в одном канале могут использоваться статическое или статистическое мультиплексирование.

Алгоритм статического мультиплексирования потоков широко используется в современных сетях, поскольку позволяет относительно экономно расходовать пропускную способность магистральных каналов. Простейший пример передачи информации многих источников по одному каналу магистральной сети: за каждым из источников закрепляется определенная часть ресурса магистрального канала (например, своя полоса частот). В этом случае каждый источник может использовать только ту часть ресурса, которая ему отведена (рисунок 2.2, слева).

Рисунок 2.2. Сравнение эффективности использования сетевых ресурсов при статическом (слева) и статистическом (справа) мультиплексировании потоков

Слева на рисунке 2.2 показаны потоки трех отдельных источников при жестком разделении полосы магистрали (статическое мультиплексирование) между ними. Справа – потоки тех же источников в магистральном канале при работе алгоритма статистического мультиплексирования.

Принцип статистического мультиплексирования состоит в том, что потоки отдельных источников складываются (агрегируются) в магистральном канале с экономией пропускной способности (рисунок 2.2, справа).

На рисунке 2.3 отражены требования к качеству доставки информации “из конца в конец” между интерфейсами “пользователь-сеть” (UNI).

Оборудование потребителя включает оконечное оборудование (TE), например, хост и какой-либо маршрутизатор или, если имеется, ЛВС. Граничные маршрутизаторы (ER), к которым подключается оконечное оборудование, могут называться шлюзами доступа (Access Gateway, AGW). Эталонные каналы (ресурсы) сетей имеют следующие атрибуты:

1) область сети IP может поддерживать виртуальные соединения “пользователь-пользователь”, “пользователь-хост” и другие варианты соединения конечных точек;

2) сетевые сегменты могут быть представлены как области с маршрутизаторами на их границах и неопределенным количеством внутренних маршрутизаторов с различными ролями в процессе доставки потоков информации;

3) количество сетевых сегментов в заданном пути может зависеть от предлагаемого класса

обслуживания (CoS), сложности и географической протяженности каждого сетевого сегмента;

4) сфера применения данной Рекомендации допускает использование при доставке пакетов по выбранному пути одного или нескольких сетевых сегментов;

5) сетевые сегменты, поддерживающие передачу пакетов в потоке, могут изменяться во время его существования;

6) возможность соединения по протоколу IP простирается за международные границы, но не следует соглашениям о коммутации каналов (например, на международной границе могут отсутствовать идентифицируемые шлюзы, если один и тот же сетевой сегмент используется по обе стороны границы).

 

В таблице 2.3 приведены показатели качества доставки информации в МСС с пакетной коммутацией (Рекомендация ITU-T Y.1541) [2].

Таблица 2.3. Показатели качества доставки информации в МСС с пакетной коммутацией

Класс качества доставки

IPTD1)

(Tз - задержка IP-пакета)

IPDV2)

(джиттер)

IPLR

(доля потерь)

IREP

(доля искаженных IP-пакетов)

0

(приоритет 1)

100 мс.

50 мс. 3)

10-3. 4)

10-4. 5)

1

(приоритет 1)

400 мс.

50 мс. 3)

10-3. 4)

2

(приоритет 2)

100 мс.

U

10-3

3

(приоритет 2)

400 мс.

U

10-3

4

(приоритет 3)

1 с.

U

10-3

5

(приоритет 3)

U

"Unspecified"

U

"Unspecified"

U

"Unspecified"

U

"Unspecified"

Примечания:

1) При большом времени распространения сигналов могут возникать сложности для классов "0" и "2" с соблюдением норм на среднее значение времени задержки IP пакетов. Величина IPTD определена для максимальной длины информационного поля пакета 1500 байтов.

2) Величина вариации задержки IP-пакетов (IPDV) определяется разницей между верхней и нижней границей задержки, измеренной в течение интервала оценки. В качестве длительности этого интервала предлагается выбирать одну минуту. Все эти соображения ITU-T считает предварительными и требующими дополнительного изучения.

3) Эта величина зависит от скорости в тракте обмена пакетами. Приемлемая величина вариации задержки достигается при использовании трактов со скоростью 2048 Кбит/с и более, а также при длине информационного поля пакетов менее 1500 октетов.

4) Требование для классов "0" и "1" отчасти основано на исследованиях, показывающих, что высококачественные голосовые приложения (и соответствующие кодеки) весьма эффективны при значениях IPLR менее 10-3.

5) Эта величина (IREP=10-4) гарантирует то, что потери пакетов будут компенсированы вышестоящими уровнями и допустимы при использовании связки технологий IP/ATM.

Класс "0" предназначен для обмена информацией в реальном времени (в частности, для телефонной связи с высоким качеством при использовании IP технологии). Он предусматривает создание отдельной очереди с приоритетной обработкой пакетов (высший приоритет). Для класса "0" характерны ограничения на способы маршрутизации (максимальное число транзитов) и допустимое расстояние между взаимодействующими терминалами (время распространения сигналов).

Класс "1" также предназначен для обмена информацией в реальном времени, но с менее жесткими требованиями (VoIP, VTC).

Предусматривается создание отдельной очереди с приоритетной обработкой пакетов. Класс "1" обеспечивает хорошее качество телефонной связи.

Класс "2" ориентирован на обмен данными с высокой степенью интерактивности. К этому классу относится, в частности, сигнальная информация. Очереди на обработку присвоен второй приоритет.

Пакеты классов "0" и "1" имеют преимущество на обработку, по сравнению с пакетами других классов.

Классу "3", предназначенному для обмена с менее высоким уровнем интерактивности, присущи те же ограничения на принципы маршрутизации и время распространения сигналов, что и классу "1". Обслуживание пакетов этого класса должно осуществляться со вторым приоритетом. Этот класс считается приемлемым для интерактивного обмена данными.

Класс "4" предназначен для обмена различной информацией с низкой вероятностью потери (короткие транзакции, потоковое видео или видео в реальном (масштабе) времени, "живое" видео и др.). Допускаются длинные очереди пакетов на обработку, которая осуществляется с третьим приоритетом. Никакие ограничения на маршрутизацию и время доставки сообщений не накладываются.

Класс "5" ориентирован на те IP приложения, которые не требуют высоких показателей качества доставки информации. Соответствующие пакеты формируют отдельную очередь; обслуживание осуществляется с самым низким приоритетом (третий приоритет). Никакие ограничения на маршрутизацию и время доставки сообщений не накладываются. Типичным примером услуг, поддерживаемых с классом "5", можно считать "электронную почту".

Символ "U" (первая буква в слове "Unspecified") указывает на то, что показатель для данного класса обслуживания не нормируется. Джиттер (jtter) – флуктуации задержки.

3. Классификация и характеристика служб и услуг

3.1. Классификация служб

Для группирования услуг ITU-T использует понятие “служба электросвязи” (Рекомендация Е.420). Служба – это комплекс аппаратных и программных средств сети связи, а также поддерживающих их средств технической эксплуатации, технического обслуживания и административного управления, которые обеспечивают предоставление услуг пользователю.

Службы разделяют на абонентские и клиентские, в зависимости от характера взаимодействия пользователей с ними. Абонентские службы предоставляют услуги пользователям в помещениях абонентов с помощью терминалов, находящихся в их ведении (квартирных и учрежденческих телефонных аппаратов, учрежденческих факсимильных и телексных аппаратов, персональных компьютеров и т.п.). Отношения абонентской службы с пользователями строятся на основе договора.

Клиентские службы предоставляют услуги пользователям с помощью оконечных устройств, расположенных в пунктах общего пользования (телефонных переговорных пунктах, пунктах приема телеграмм и др.).

В табл. 3.1 приведены существующие и перспективные службы и услуги, а также сети связи, на которых базируются службы.

Таблица 3.1. Существующие и перспективные службы и услуги телекоммуникационных сетей

Службы

Услуги

Используемые сети электросвязи

1. Телефонной связи, в том числе – с пользователями сетей подвижной связи

Установка телефонного аппарата

ССОП, сеть подвижной связи, ISDN общего пользования, сеть ограниченного пользования

Местный телефонный разговор

Междугородный телефонный разговор

Международный телефонный разговор

Телефонный разговор абонента сети подвижной связи

Разговор или передача данных через ISDN

Дополнительные услуги

2. Телеграфная, телекс, AT, объединенная служба АТ/телекс

Телеграммы

Телеграфная сеть ОП, сеть телекс, сеть AT, объединенная сеть АТ/телекс, сети ПД ОП с КП

Переговоры по AT, телексу

Дополнительные услуги

3. Передача данных с КП, ПД по телефонным сетям, ПД по ISDN, ПД по арендованным каналам

Соединение в сети данных

Сеть ПД с КП, ССОП, сеть ограниченного пользования, ISDN, некоммутируемая сеть

Соединение для передачи данных по ССОП

Соединение для передачи данных по ISDN

Сдача каналов в аренду для передачи данных

Дополнительные услуги

4. Телематическая: телефакс гр. 3, 4; бюрофакс, телетекст, видеотекс, обработка сообщений,

Телефакс гр. 3

ССОП, сеть ограниченного пользования, сеть ПД с КП, N-ISDN, доп. сетевые средства: видеотексные центры, узлы обработки сообщений

Телефакс гр. 4

“Смешанный режим”

Бюрофакс

Телетекст

Видеотекс

Обработка сообщений

доступ к Internet

Индивидуальное дисковое пространство

Виртуальная частная сеть (VPN)

5. Передачи газет

Передача газетной полосы

Некоммутируемая сеть передачи газет

Передача цветных изображений

6. Телеконференций

Телеконференции (видеографические, аудиографические)

ISDN, сети диспетчерских служб

7. Мультимедиа

Мультимедиа (звук, текст, подвижные и неподвижные изображения)

B-ISDN

8. Вещательные проводного звукового вещания, распределение программ звукового вещания, распределение программ телевещания, кабельного телевидения

Установка однопрограммной радиоточки

Некоммутируемая сеть проводного звукового вещания

Установка многопрограммной радиоточки

Передача сигналов звукового вещания

Сеть распределения программ звукового вещания

Передача сигналов телевизионного вещания

B-ISDN, сеть распред. программ телевещания

Передача сигналов кабельного телевидения

сеть кабельного телевидения

Дополнительные услуги

Справочно-информационные

информация о телекоммуникационных услугах;

об адресах абонентов сети;

о номерах абонентских оконечных устройств;

о порядке и правилах предоставления телекоммуникационных услуг и много других.

ССОП, сеть подвижной связи, ISDN общего пользования, cеть ПД с КП

Важная современная тенденция развития телекоммуникационных сетей – появление большого количества новых служб и услуг (доступ к Internet, Индивидуальное дисковое пространство, виртуальная частная сеть и др.), при незначительном увеличении числа новых типов сетей. В соответствии с Законом РФ “О защите прав потребителей” [3] все предоставляемые пользователям услуги телекоммуникационных сетей должны иметь подробную спецификацию, включающую количественную оценку показателей качества.

3.2. Классификация услуг

В Рекомендации ITU-T I.112, относящейся к цифровым сетям с интеграцией служб (ISDN), услуги предлагается разделить на два вида (рисунок 3.1):

  • основные услуги (Basic Services);
  • дополнительные услуги (Supplementary Services).

В состав основных услуг входят:

  • услуги доставки (Bearer service);
  • услуги предоставления связи (Teleservice).


Рисунок 3.1. Классификация услуг ISDN

Примеры основных и дополнительных услуг приведены на рисунке 3.2.

Услуги доставки (переноса) информации характеризуются:

  • типами соединений (CT);
  • классом качества услуги (CoS);
  • параметрами трафика (TP).

Услуги переноса предоставляются многопротокольной транспортной сетью и заключаются в прозрачной передаче информации пользователя между сетевыми окончаниями (NT) без какого-либо анализа или обработки её содержания.

Услуга переноса, ориентированная на соединение, предназначена для передачи информации с помощью протоколов, требующих предварительного установления соединения (ATM, Frame Relay, X.25 и т.д.), или для передачи информации в режиме эмуляции синхронных цифровых каналов.

Услуга переноса, не ориентированная на соединение, предназначена для передачи информации с применением технологий, не требующих установления соединения, например, IP, Ethernet, Token Ring. Данная услуга предполагает реализацию в транспортной сети функций сервера CLS (Connectionless Server), основная задача которого заключается в обработке адресов получателей (включая групповые адреса) и управлении доставкой информации пользователя через многопротокольную транспортную сеть.

Применение услуг переноса для сетей с технологией ATM определено в РД 45.123-99 "Порядок применения технологии асинхронного режима переноса на Взаимоувязанной сети связи России".

Услуги предоставления связи подразделяются на две группы, различающиеся степенью участия в их реализации технических средств сети. Участие сетевых технических средств при оказании услуг первой группы состоит, как правило, в предоставлении услуг доставки и, если нужно, дополнительных услуг; остальные функции, необходимые для обеспечения связи, выполняются абонентскими терминалами. При оказании услуг второй группы от сети требуются не только услуги доставки информации, но и привлечение специальных сетевых средств (например, сетевых баз данных).

Дополнительные услуги самостоятельно не предоставляются, они используются в сочетании с той или иной основной услугой, расширяя возможности и повышая удобства пользования этой услугой.

Любая услуга идентифицируется именем и может быть определенным образом описана. Рекомендованная ITU-T методика предусматривает текстовое определение и описание услуги, ее статическое описание с помощью так называемых атрибутов и динамическое описание услуги графическими средствами (с помощью стрелочных и/или SDL-диаграмм).

Приведем пример статического описания услуги, тем более что именно с помощью атрибутов пользователь информирует сеть о характере нужной ему услуги. На рисунке 3.3 приведена эталонная модель протоколов мультисервисной сети (МСС). Имеются атрибуты нижних уровней (1, 2 и 3) и атрибуты верхних уровней (4-7).

Атрибуты нижних уровней, в свою очередь, подразделяются на атрибуты доставки (переноса) информации (режим переноса, скорость переноса, информационная ориентация переноса и др.) и атрибуты доступа (имя канала доступа и его скорость, протокол сигнального доступа, протокол информационного доступа). Атрибуты верхних уровней представляют собой имена протоколов верхних уровней модели взаимодействия открытых систем (ВОС) [4]. При описании услуг доставки информации используются атрибуты нижних уровней, а также общие атрибуты, дающие сведения:


Рисунок 3.2. Примеры основных и дополнительных услуг


Рисунок 3.3. Эталонная модель протоколов МСС

  • о нужных дополнительных услугах;
  • о требованиях к качеству обслуживания;
  • о необходимости привлечения функций сопряжения сетей.

При описании услуг предоставления связи используются атрибуты нижних уровней, атрибуты верхних уровней, а также специальный атрибут, указывающий тип информации пользователей.

4. Проблемы обеспечения качества услуг (QoS)

4.1. Концепция качества услуг

Иерархия понятий в области качества услуг (Quality of Service, QoS) приведена на рис. 4.1 (Рекомендация Е.800).

Рис. 4.1. Иерархия понятий в области качества обслуживания и функционирования телекоммуникационной сети

Качество обслуживания объединяет понятия: действенность, безопасность, обеспеченность и удобство пользования.

Группа свойств доступность, целостность и непрерывность объединена одним понятием – действенность (выделено прямоугольником в правом верхнем углу на рис. 4.1).

Качество услуги (обслуживания) рассматривается как совокупность свойств:

  • обеспеченности;
  • удобства пользования;
  • безопасности обслуживания;
  • доступности;
  • бесперебойности;
  • целостности (адекватности информации пользователя при транспортировке через сеть).

Действенность – свойство обслуживания, состоящее в предоставлении услуги на время сеанса всегда, когда это необходимо пользователю.

Сущность свойств, объединенных понятием действенность, определена следующим образом:

Доступность – свойство обслуживания быть предоставленным в любом месте и в момент, когда это необходимо пользователю.

Целостность – способность оператора предоставить услугу без существенного ухудшения качества передачи.

Бесперебойность – способность оператора в определенных условиях эксплуатации обеспечивать предоставленное обслуживание без перерывов в течение требуемого промежутка времени.

Остальные три свойства качества обслуживания раскрываются следующими определениями:

Обеспеченность – способность оператора связи предоставлять набор услуг и оказывать помощь пользователю в их использовании,

Удобство использования – свойство обслуживания, состоящее в простоте использования;

Безопасность – свойство обслуживания быть защищенным от несанкционированного доступа, злонамеренного и неправильного использования, преднамеренной порчи, стихийных бедствий и человеческих ошибок.

Качество функционирования телекоммуникационной сети (Network Performance, NP) характеризует эффективность обслуживания трафика.

Пользователь телекоммуникационной сети обычно не интересуется структурой сети и тем, как предоставляется нужная услуга. В то же время он интуитивно оценивает качество данной услуги, сравнивая его с качеством подобных услуг.

Для обоснования запросов и ожиданий пользователей и оптимизации затрат оператора необходимо обеспечить:

  • строгие формулировки терминов, относящихся к качеству услуг;
  • представление объективных сведений об ожиданиях и требованиях пользователей и достигнутом оператором уровне качества.

Качество обслуживания определено в Рекомендации ITU-T E.800 как “Суммарный эффект показателей службы, определяющий степень удовлетворенности пользователя обслуживанием”.

Качество обслуживания с точки зрения пользователя может быть выражено совокупностью параметров. Эти параметры описываются в терминах, понятных как службе, так и пользователю и не зависят от структуры сети. Они ориентированы по преимуществу на эффект, воспринимаемый пользователем, должны быть гарантированы пользователю службой и поддаваться объективному измерению в точке доступа к услуге (Рекомендация ITU-T I.350).

Характеристики сети (NP) определены как способность обеспечения связи между пользователями. Под NP понимают совокупность параметров, которые могут быть рассчитаны и измерены. Характеристики сети используются, прежде всего, владельцем. Они ориентированы на разработку системы, проектирование сети на международном или национальном уровнях, эксплуатацию и техническое обслуживание.

Характеристики (параметры) сети определяют качество обслуживания, воспринимаемое пользователем, но далеко не всегда позволяют содержательно с точки зрения пользователя описать это качество. Примерами таких характеристик сети могут быть: трафик, потери по вызовам, по времени на участке сети, коэффициент эффективных вызовов направления связи и др. Параметры QoS, полезные на этапе проектирования и построения сети, не всегда могут применяться для спецификации характеристик сетевых соединений.

Взаимосвязь между параметрами QoS и NP очевидна. Различия между QoS и NP отражены в табл. 4.1.

Таблица 4.1. Различия между качеством обслуживания и характеристиками сети

Качество обслуживания (QoS)

Характеристики сети (NP)

Ориентировано на пользователя

Ориентированы на оператора сети

Описывается атрибутами услуги

Описываются атрибутами элемента соединения

Ориентировано на эффект, воспринимаемый пользователем

Ориентированы на разработку, проектирование, эксплуатацию и техническое обслуживание

Измеряется между точками (в точках) доступа к услуге

Описывают возможности элементов соединения или сквозных соединений

Определение параметров QoS должно базироваться на событиях и состояниях, которые можно наблюдать в точках доступа к услугам (например, в эталонных точках S или Т интерфейса “пользователь–сеть” N-ISDN или в эталонных точках Sb или Тb интерфейса “пользователь–сеть” B-ISDN), вне зависимости от процессов и событий в сети, обеспечивающей обслуживание.

Эталонные точки S и Т (Sb и Тb) являются объектами физического уровня (Рекомендации ITU-T I.410, I.411). Через эти точки пользователь имеет универсальный доступ к службам ISDN.

Определение параметров NP должно базироваться на событиях и состояниях, которые можно наблюдать на границах элементов соединения [5].

4.2. Концепция характеристик сети (NP)

Качество функционирования телекоммуникационной сети (Network Performance) – это способность обеспечивать информационный обмен между пользователями. Основная характеристика телекоммуникационной сети – это эффективность обслуживания трафика (рис. 4.1).

Эффективность обслуживания трафика (пропускная способность) – свойство узла коммутации, как объекта сети, обслуживать поступающий трафик с заданной интенсивностью при заданном качестве обслуживания и определенном техническом состоянии (соотношении количества работоспособных и неработоспособных каналов/линий). Способность узла коммутации обслуживать трафик зависит от его надежности, качества передачи и имеющихся ресурсов и возможностей.

Качество передачи – уровень воспроизведения сигнала в пункте приема объектом сети, находящимся в состоянии готовности.

Под ресурсами сети понимают средства коммутации, маршрутизации, переприема, хранения информации (в объектах сетей ПД, компьютерных, ISDN), администрирования (это понятие пока не определено и не конкретизировано в рекомендациях ITU-T).

Надежность – собирательный термин, используемый для описания свойства готовности и влияющих на него свойств безотказности, ремонтопригодности, обеспечения технического обслуживания и ремонта.

Готовность – способность объекта сети обрабатывать трафик в произвольный момент времени (кроме планируемых периодов, в течение которых применение объекта по назначению не предусматривается) и, начиная с этого момента, работать безотказно в течение заданного интервала времени.

Безотказность– свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение определенного времени.

Ремонтопригодность – свойство объекта сети, заключающееся в приспособленности к предупреждению и обнаружению причины отказов и восстановлению работоспособного состояния путем проведения технического обслуживания и ремонта.

Обеспечение технического обслуживания и ремонта – способность служб оператора обеспечивать средства для технического обслуживания (ТО) объектов сети (при определенных условиях эксплуатации и принятом способе ТО).

Каждое из свойств может быть описано набором характеристик (показателей, атрибутов). Так, например, готовность к обслуживанию определяется характеристиками: среды распространения, работоспособности оборудования, пропускной способности станций и узлов сети.

В Рекомендации I.350 определены три функции, реализуемые сетью и ее службами, и три характеристики каждой из функций. Так получено девять родовых первичных параметров (“матрица 3x3”), которые могут быть использованы для определения специфических параметров QoS и NP (рис. 4.2):

  • быстрота получения доступа;
  • безошибочность доступа;
  • надежность доступа (вероятность отказа в доступе к ресурсу);
  • быстрота переноса информации;
  • безошибочность переноса информации;
  • надежность переноса информации;
  • быстрота освобождения;
  • безошибочность освобождения;
  • надежность освобождения.


Рис. 4.2. Матричный метод 3х3 для определения состояний готовности службы

Служба сети реализует три функции связи (рис. 4.2):

  • обеспечивает доступ пользователя к ресурсам службы;
  • обеспечивает перенос (доставку) информации по установленному соединению;
  • обеспечивает освобождение предоставленных ранее ресурсов после окончания сеанса связи.

Под доступом понимают возможность в получении ресурсов службы. Процедура доступа начинается в момент появления запроса от пользователя в интерфейсе “пользователь–сеть” и заканчивается при появлении хотя бы одного бита информации от его терминала.

Процедура переноса информации пользователя инициируется в момент завершения доступа и заканчивается в момент передачи запроса освобождения, знаменующего окончание сеанса связи.

Процедура освобождения инициируется в момент передачи сигнала запроса освобождения и завершается для каждого пользователя после освобождения ресурсов службы, выделявшихся во время сеанса связи. Освобождение включает в себя как действия, связанные с разрушением ранее существовавшего соединения, так и с завершением выполнения протоколов верхних уровней. Качество услуги при реализации функций службы описывается тремя параметрами: быстрота (скорость), безошибочность (точность), надежность (уверенность).

Быстрота характеризует промежуток времени, необходимый для выполнения функции, или скорость выполнения.

Безошибочность характеризует степень правильности выполнения функции.

Надежность определяет степень уверенности в выполнении функции в течение заданного периода наблюдения (вне зависимости от быстроты и безошибочности выполнения).

Для каждого параметра качества услуги должен быть установлен норматив, с которым можно было бы сравнивать измеренные значения в процессе предоставления услуги.

4.3. Соглашение об уровне услуг (SLA)

Принципы соглашения об уровне (качества) услуги (Service Level Agreement, SLA) между пользователем и сетью

В соглашениях об уровне качества услуги (SLA) должны присутствовать:

  • требуемая скорость в течение сеанса (V=R=const., Vmiddle=K);
  • допустимая задержка пакетов в потоке (tз £ D);
  • допустимая вероятность потери пакетов в потоке (Pпак £ M);
  • правила проверки соответствия действительных параметров трафика соглашению об уровне качества услуги;
  • данные для маршрутизации пакетов (адрес/адреса пункта/пунктов назначения).

Если пользователь не может воспользоваться услугами компетентного специалиста, то оператор (провайдер услуг) предлагает ему на выбор один из стандартизованных классов качества обслуживания (CoS).

Ниже приведен пример набора параметров, которые могут использоваться в соглашении пользователя с оператором (провайдером) о качестве обслуживания:

  • задержка “из-конца-в-конец” (end-to-end delay) - время, прошедшее с момента формирования пакета данных до передачи его конечному пользователю;
  • джиггер (jitter) - диапазон изменения задержки при передаче пакетов в одном и том же потоке данных;
  • задержка установления соединения (establishment delay) - максимальная задержка между запросом пользователя на установление соединения и подтверждением провайдера;
  • задержка разрыва соединения (release delay) - максимальная задержка между запросом пользователя на разрыв соединения и подтверждением провайдера;
  • пиковая пропускная способность (Peak-raite throughput) - максимальное число пакетов, которое приложение может передавать в единицу времени;
  • нормальная пропускная способность (Statistical throughput) - среднее число пакетов, которое должно передавать приложение в единицу времени;
  • коэффициент потерь (Loss ratio) - отношение числа потерянных пакетов к количеству переданных;
  • приоритет - определяет очередность обслуживания сеансов;
  • стоимость - определяет максимальную допустимую стоимость сетевого соединения.

Процесс обеспечения качества услуги имеет высокую степень сложности. Это связано с тем, что необходимо установить однозначное соответствие показателей качества (QoS), оцениваемых пользователем, с показателями функционирования сети (NP).

Пользователи оценивают качество предоставляемых услуг интегрально, а не в виде совокупности параметров, значения которых зачастую не понимают. Операторы сетей связи (провайдеры услуг) нуждаются в таком методе согласования характеристик качестве предоставляемой услуги, который бы представил для оператора качество услуг с точки зрения пользователя. Таким методом является "соглашение об уровне обслуживания" (SLA).

Когда приходит время выбора поставщика услуг, пользователя интересует три вопроса: доступность, производительность и качество функционирования приложения, обеспечивающего поддержку услуги. При этом он ожидает, что оператор обеспечит не только бесперебойное функционирование данной услуги, но и быстрое внедрение новых услуг. Обычно нарушения SLA провайдером услуг компенсируются пользователю при тарификации в последующий период пользования услугой.

Провайдер услуг должен иметь возможность предоставлять пользователям отчеты, которые бы доказывали, что требуемый уровень качества услуг поддерживается. Таким образом, SLA позволяет убедить пользователя в способности провайдера поддержать высокое качество при предоставлении дорогостоящих услуг.

Поскольку каждый пользователь оценивает качество услуги по-своему, то оператор (провайдер услуги) должен подходить к формированию SLA индивидуально, базируясь на разных уровнях производительности, доступности службы и стоимости услуги.

Пример SLA с пользователями

Провайдер может предлагать соглашение (SLA), в котором указаны следующие показатели и нормативы, установленные для этих показателей: процент неуспешных вызовов < 1 % в месяц из-за отсутствия сетевых ресурсов, процент отказов в обслуживании вызовов в определенном направлении < 2 % в месяц.

Для того чтобы обеспечить выполнение показателей качества обслуживания пользователей, требуется мониторинг значительного числа параметров функционирования сети и проведение большого числа процедур по управлению ими, что невозможно выполнить вручную. Операторы связи нуждаются в специализированных системах управления, поддерживающих выполнение SLA. Подобные системы обеспечивают сбор, обработку параметров, характеризующих функционирование сети, сравнение их со значениями, указанными в SLA, и предоставление пользователям отчетов о выполнении договора. Многие изготовители систем управления сетями связи представляют на рынке свои программные средства, которые обеспечивают поддержку SLA при предоставлении услуг пользователям.

4.4. Управление мультисервисной сетью

Под системой управления сетью понимают совокупность аппаратных и программных средств, предназначенных для решения задач, связанных с транспортировкой потоков информации пользователей с требуемым качеством.

Система управления мультисервисной сетью должна иметь возможность управлять трафиком и оборудованием, минимизировать эксплуатационные затраты на поддержку существующих услуг, а также обеспечивать быстроту внедрения новых.

Требования к системе управления мультисервисной сетью таковы:

  • простота сквозного сетевого управления оборудованием;
  • обеспечение поддержки требований, предъявляемых к масштабируемой и эффективной сервис-модели DSL;
  • наличие простого в настройке пользовательского интерфейса;
  • предоставление возможности сервис-провайдеру предлагать клиентам конфигурирование мультисервисных виртуальных частных сетей (VPN);
  • возможность локального управления узлами сети с использованием протокола SNMP на уровне менеджера, удаленное управление оборудованием;
  • настройка в удаленном режиме устройств, взаимодействующих по протоколу SNMP, и отслеживание событий на этих устройствах;
  • наличие богатого графического интерфейса пользователя, обеспечивающего возможность вывода на экран подробных графиков, отражающих особенности физических сетевых устройств, и настройки этих устройств с помощью интуитивных разворачивающихся меню;
  • обеспечение мгновенного обнаружения понижения качества услуг и непрерывного сбора соответствующей статистической информации;
  • централизованное сетевое управление и интеграция технического обеспечения, администрирования и технологической поддержки транспортных сетей ATM/MPLS/IP, а также широкополосных сетей доступа, что позволяет оператору эффективно управлять постоянно растущими сетями, интегрирующими разнообразные технологии.

Основополагающие принципы управления сетью (Telecommunication Management Network, TMN) содержатся в Рекомендациях ITU-T серий М и Q.

В Рекомендациях ITU-T, относящихся к TMN, вся совокупность функций управления разделена на группы (таблица 4.3):

  • управление бизнесом;
  • конфигурацией сети;
  • устранением последствий отказов;
  • качеством;
  • защитой информации;
  • взаиморасчетами.

Под управлением бизнесом понимают:

- определение и достижение системных целей оператора сети;

- взаимодействие с системами управления операторов других сетей (зоны, континента, мира);

- разработку регламентирующих документов, определяющих методы и средства сетевого управления.

Таблица 4.3. Задачи управления сетью

Уровни управ-ления сетью

Задачи управления

Конфигурацией (Configura-tion mana-gement, CM)

Устранением повреждений (Fault Management, FM)

Качеством (Performance Management, PM)

Взаимо-расчетами (Accounting Management, АМ)

Защитой информации (Security Management, SM)

Бизнесом

х

 

х

х

х

Услугами    

х

   
Сетью

х

х

х

х

 
Элемен-тами сети  

х

х

 

х

Под управлением конфигурацией понимают:

- создание плана цифровизации сети и ее развития;

- реконфигурацию сети;

- планирование услуг и работ, связанных с развитием;

- создание и ведение сетевых баз данных.

Под управлением устранением последствий отказов понимают:

- обнаружение, локализацию и устранение неисправностей;

- контроль состояния всех значимых элементов сети в реальном времени;

- оперативную реконфигурацию сети;

- регистрацию, фильтрацию и отображение сообщений об отказах;

- ведение журналов неисправностей;

- корреляционный анализ сообщений на основе используемой модели сети и ее элементов;

- своевременное оповещение пользователей о регламентных и аварийных работах в сети.

Под управлением качеством понимают:

- сбор и анализ статистических данных о функционировании всех значимых элементов сети;

- управление трафиком;

- повышение качества услуг и расширение их ассортимента;

- разработка, заключение и контроль исполнения соглашений об уровне качества предоставляемых услуг (SLA);

- сбор и анализ статистических данных о функционировании сетей и их элементов (учет эффективности использования сетевых ресурсов и контроль надежности работы сети и ее элементов);

- разработка рекомендаций для улучшения эксплуатационных характеристик сетей электросвязи, улучшения и расширения ассортимента предоставления услуг связи;

- анализ функционирования систем управления и контроля с целью совершенствования методов управления сетями связи;

- анализ действенности системы управления качеством услуг (после ее создания) и ее совершенствование.

Под управлением взаиморасчетами понимают:

- сбор данных о предоставляемых услугах;

- разработку и совершенствование тарифов за предоставляемые средства связи и услуги;

- учет объема и номенклатуры предоставленных услуг и расчета их стоимости;

- учет сумм платежей за оказанные услуги электросвязи;

- справочно-информационное обслуживание абонентов по вопросам объема и номенклатуры оказанных услуг электросвязи и их оплаты;

- регистрацию и учет абонентов, имеющих договоры в любой законной форме с операторами связи об оказании услуг;

- контроль оплаты за предоставленные услуги;

- формирование статистической отчетности и аналитической информации о предоставленных услугах, об оплате за услуги, о финансовом состоянии лицевых счетов абонентов для оперативного и обоснованного принятия решении;

- проведение взаиморасчетов с клиентами (выписка счетов, прием оплаты за услуги).

Под управлением защитой информации понимают:

- разработку мер для обеспечения закрытости пользовательской и собственной технологической информации;

- классификацию уровня безопасности сети и защиту БД от несанкционированного доступа;

- соблюдения конфиденциальности при предоставлении данных;

- защиты целостности и сохранности данных;

- контроль авторизации пользователей различных услуг связи;

- поддержка различных уровней доступа к услугам связи;

- составление отчетов о попытках несанкционированного доступа к услугам связи;

- поддержка различных классов авторизации для персонала.

Каждый оператор связи распределение этих функций по уровням TMN решает самостоятельно. Все эти функции реализуются в системе управления с помощью конкретных программно-аппаратных средств. Объем и перечень этих функций оговаривается оператором при заказе проекта.

5. Открытые системы

5.1. Семиуровневая эталонная модель взаимодействия открытых систем

Необходимость в определении понятия “Открытая система” возникла в результате появления сетей, объединяющих разнотипные ЭВМ. В конце 70-х - начале 80-х годов 20-го века возникла потребность в разработке идеологической концепции, которая позволила бы установить универсальные правила взаимодействия разнотипных ЭВМ.

Международные организации стандартизации - Международный союз электросвязи (International Telecommunications Union, ITU-T) и МОС (International Organization for Standardization, ISO) разработали в 80-е годы эталонную модель взаимосвязи открытых систем (ЭМВОС). Эталонная модель ВОС описывает и регламентирует структуру взаимодействия “реальных систем”. Реальная система [20] - это совокупность следующих объектов:

1) ЭВМ с соответствующим программным обеспечением (ПО) и периферийным оборудованием;

2) терминалов;

3) операторов ЭВМ;

4) физических процессов;

5) средств передачи данных.

Реальная система (РС) образует единое целое и способна обрабатывать и (или) передавать данные. Реальная открытая система (РОС) - это РС, которая удовлетворяет требованиям ITU-T Х.200 (ISO 7498) при ее взаимодействии с другими РС.

Определение понятия Открытая Система (ОС): “Открытой (Open System) называют систему, которая реализует открытые спецификации на интерфейсы, услуги и форматы данных, достаточные для того, чтобы обеспечить возможности:

  • переносимости (мобильности) прикладных систем с минимальными изменениями на широкий диапазон систем;
  • взаимодействия (Interoperability) с другими приложениями на локальных и удаленных платформах;
  • взаимодействия с пользователями в стиле, облегчающем им переход от системы к системе, или мобильность пользователей (User Portability)”.

Ключевой момент в этом определении - “открытая спецификация”. Она определяется как “общедоступная спецификация, которая поддерживается открытым, гласным согласительным процессом, направленным на постоянную адаптацию новой технологии, и соответствует стандартам”.

Открытая спецификация не зависит от конкретной технологии, то есть не зависит от конкретных технических и программных средств или продуктов отдельных изготовителей. Открытая спецификация одинаково доступна любой заинтересованной стороне. Более того, открытая спецификация находится под контролем общественного мнения, поэтому заинтересованные стороны могут принимать участие в ее развитии.

Переносимость прикладных программ между различными платформами означает независимость функционирования программ от типа программной платформы.

Взаимодействие (Interoperability) с другими приложениями на локальных и удаленных платформах означает возможность взаимного понимания приложений (в семантическом смысле).

Мобильность пользователей – это возможность перехода от одного компьютера к другому, независимо от его архитектуры и объема памяти, используемых программ и без необходимости переобучения специалистов.

Реализация открытых систем обеспечивается совокупностью стандартов, с помощью которых унифицируется взаимодействие аппаратных средств и всех компонентов программной среды: языков программирования, систем управления базами данных, средств ввода-вывода, графических интерфейсов, протоколов передачи данных в сетях и т.п.

Многолетнее сотрудничество многих национальных и международных организаций позволило определить набор стандартов, учитывающих различные аспекты открытых систем.

5.2. Понятия в области ЭМВОС

Основным элементом ОС является прикладной процесс (ПП), который ведет обработку данных для некоторого приложения (решения пользовательской задачи).

Под термином “взаимодействие открытых систем” понимают не внутреннее функционирование элементов, а процесс информационного обмена между ОС и процедуры совместного функционирования с целью выполнения некоторой общей распределенной работы. В рамках ВОС разработано точное детальное описание функционирования ОС.

Открытые системы работают в реальной физической среде, обеспечивающей передачу информации между ними. При взаимодействии открытых систем функции сети разделены на 7 групп. Каждая группа отделяется от другой группы интерфейсами. Любое изменение функций внутри данной группы не должно затрагивать другие группы. Такие группы функций получили название уровней, а стандартные интерфейсы между ними – услугами.

Разделение на уровни является формой функциональной модульности (ФМ). Функциональная модульность – главнейшее требование, которому необходимо удовлетворить при проектировании сетей передачи данных (ПД) и компьютерных. Понятие ФМ так же старо, как и техника. Термин модуль обычно используется для обозначения, как устройства, так и процесса в некоторой системе обработки информации. Модуль выполняет некоторую выделенную функцию. Разработчик должен глубоко понимать детали работы модуля. Тот же, кто использует этот модуль как компонент для построения более сложной системы, будет считать его “черным ящиком”. Это означает, что пользователя интересует не внутреннее функционирование модуля, а функциональная связь выходов с входами.

Таким образом, модуль, описываемый характеристикой вход-выход, может использоваться вместе с другими “черными ящиками” для построения более сложного модуля. Такая вложенность двух и более модулей в более сложный модуль является идеей функциональной модульности. Сложная система строится как взаимосвязанное множество модулей высокого уровня и некоторых простых дополнительных модулей, реализующих интерфейс между модулями высокого уровня и простые вспомогательные функции.

Простым называют модуль, который не разбивается на модули более низкого уровня. Примером иерархического подхода может быть коммутационный узел телефонной сети связи с программным управлением, состоящий из множества линейных модулей (абонентских и соединительных линий), модуля коммутационной системы, внешних модулей и множества цифровых трактов, соединяющих их друг с другом. Модуль абонентских линий может быть представлен как совокупность программного управляющего устройства, группы абонентских комплектов, коммутационной схемы и портов, с помощью которых обеспечивается связь с другими модулями станции. Управляющее устройство, рассматриваемое как модуль высокого уровня, состоит из совокупности модулей более низкого уровня: процессорного, памяти, шинного. Детализацию можно продолжить.

5.3. Понятия об уровнях, стеках, профилях

Использование принципа функциональной модульности дает ряд важных преимуществ проектировщику систем:

  • простота проектирования;
  • легкость понимания;
  • возможность использования стандартных, взаимозаменяемых, широко используемых модулей.

Каждый уровень ВОС предоставляет услуги вышестоящему уровню, выполняя диалог с другим процессом на том же уровне (рисунок 5.1) [5].

Эталонная модель ВОС представляет собой абстрактную конструкцию, которая должна быть снабжена:

  • стандартными протоколами и процедурами требуемых служб (service);
  • детальными эксплуатационными требованиями для каждого уровня [20].

В терминологии ЭМВОС службой уровня N называется совокупность функциональных возможностей данного и всех нижележащих уровней, предоставляемых объектам лежащего выше уровня на границе между ним и уровнем N.

Услугой уровня N называют часть службы этого уровня.

Возможные действия объектов уровня N называют функциями.

Пользователь службы – объект ОС, который использует службу через точку доступа к службе (ТДС).

Поставщик службы – некоторое множество объектов, обеспечивающих службу для ее пользователей.

Примитив службы – абстрактное, не зависящее от конкретной реализации, представление взаимодействия между пользователем и поставщиком службы.

Модель службы и взаимосвязь терминов приведены на рисунке 5.2.


Рисунок 5.2. Модель службы и взаимосвязь терминов

Для каждого уровня установлена совокупность правил (протокольная спецификация), управляющих диалогом между процессами одного и того же уровня, и перечень услуг, описывающих абстрактный интерфейс с соседним, расположенным выше, уровнем.

Правила и соглашения по диалогу двух одноименных уровней разных ОС называются протоколом данного уровня. Протокол уровня обеспечивает взаимодействие между равноправными процессами, которые называются также логическими объектами.

На рисунке 5.3 приведена схема ЭМВОС.


Рисунок 5.3. Схема ЭМВОС

Не все ОС должны обязательно быть источниками и (или) получателями информации пользователя. Так, например, такая РОС, как АТС телефонной сети, выполняет лишь функции маршрутизации и коммутации и не содержит прикладных подсистем для обработки пользовательской информации. Подобные системы могут и не содержать верхних уровней архитектуры ЭМВОС.

Важнейшим аспектом ВОС является управление, разделяемое на три составляющих: прикладными процессами, системами и уровнем.

Под управлением прикладными процессами понимают:

  • инициализацию параметров прикладного процесса;
  • инициацию, поддержание и завершение прикладного процесса;
  • распределение и перераспределение ресурсов ВОС между прикладными процессами;
  • обнаружение и предотвращение конфликтов и тупиковых ситуаций при использовании ресурсов ВОС;
  • управление целостностью данных;
  • управление безопасностью;
  • организацию контрольных точек и управление восстановлением работоспособного состояния ресурсов.

Под управлением системами понимают:

  • активизацию, поддержание и завершение использования ресурсов ВОС, включая физическую среду ВОС;
  • установление, поддержание и разъединение соединений между объектами управления;
  • контроль состояния ресурсов и их изменений, сбор статистических данных;
  • управление обнаружением ошибок;
  • изменение конфигурации объекта управления и его рестарт.

Под управлением уровнем понимают:

  • активизацию протокола уровня;
  • обнаружение ошибок;
  • разрешение или запрет использования всех или части ресурсов уровня, инициируемое функцией управления системами и выполняемое на прикладном уровне.

Управление в ВОС может быть как централизованным, так и децентрализованным. Если в среде ВОС должны взаимодействовать две или более ОС, то необходимо устанавливать соединения между ними.

Важно уяснить термины, используемые в ВОС.

    1. Служба уровня N – это совокупность функциональных возможностей данного уровня и всех нижележащих уровней, предоставляемых объектам уровня (N +1) на границе между уровнями N и (N+1).
    2. Функция уровня N – это возможные действия объектов этого уровня.
    3. Объект уровня N – это активный элемент внутри данного уровня.
    4. Соединение уровня N – это связь, установленная уровнем N между двумя или более объектами уровня (N +1) для передачи данных.
    5. Точка доступа к службе (ТДС) уровня N – это точка, в которой данный уровень предоставляет службу уровню (N +1).
    6. Протокол уровня N – это набор правил и форматов, которые определяют функционирование объектов при выполнении ими функций данного уровня.
    7. Идентификатор ТДС – это адрес, идентифицирующий только одну определенную ТДС.
    8. Оконечная точка соединения (ОТС) – это элемент ТДС, являющийся частью соединения уровня N.
    9. Идентификатор ОТС уровня N – это адрес, используемый для указания соединения в ТДС (рисунок 5.4).
    10. Данные пользователя уровня N ((N)-ДП)) – данные, передаваемые между объектами уровня N в интересах объектов уровня (N+1).
    11. Управляющая информация протокола уровня N ((N)-УИП) – информация, которой обмениваются объекты уровня N, используя соединение уровня N для координации их совместной работы.
    12. Блок данных протокола уровня N ((N)-БДП) – блок данных, определенный в протоколе уровня N и содержащий (N)-УИП и, возможно, (N)-ДП.
    13. Управляющая информация интерфейса уровня N ((N)-УИИ) – информация, передаваемая между объектами уровней (N+1) и N для координации их совместной работы.
    14. Данные интерфейса уровня N ((N)-ДИ) – данные, передаваемые от объекта уровня (N+1) к объекту уровня N для их доставки взаимодействующему удаленному объекту уровня (N+1) по соединению уровня N или, наоборот, данные, передаваемые в обратном направлении.
    15. Блок данных интерфейса уровня N ((N)-БДИ) – блок данных, передаваемых через ТДС между объектами уровней (N+1) и N при единичном акте взаимодействия. Каждый (N)-БДИ содержит (N)-УИИ и, возможно, полностью или частично блок данных службы уровня N.
    16. Блок данных службы уровня N ((N)-БДС) – это данные интерфейса уровня N, которые остаются неизменными от одной стороны соединения до другой.

Соотношения между блоками данных приведены в таблице 5.1 и на рисунке 5.5.

Таблица 1.1. Взаимосвязь блоков данных

Объекты

Управление

Данные

Объединение

(N) – (N) -одноуровневые

(N)-УИП

(N)-ДП

(N)-БДП

(N) – (N) -одноуровневые

(N)-УИП

(N)-БДС

(N)-БДП

(N+1) – (N) – смежных уровней

(N)-УИИ

(N)-ДИ

(N)-БДИ

Рассмотрим функции всех семи уровней ВОС.

Прикладной (7)

Определения:

  1. Прикладной процесс – функции переработки информации на прикладном уровне;
  2. Прикладной объект – определенный аспект прикладного процесса, состоящий из элемента пользователя и элементов прикладной службы;
  3. Прикладная служба – совокупность средств, обеспечивающих предоставление услуг пользователям (приложениям), например, такая услуга как передача данных;
  4. Элемент прикладной службы – часть прикладного объекта, обеспечивающая услуги среды ВОС с использованием нижележащих служб;
  5. Элемент пользователя - часть прикладного процесса, в которой используются элементы прикладной службы, необходимые для выполнения процесса передачи информации, присущего данному прикладному процессу.

Назначение прикладного уровня и его функции

Прикладной уровень обеспечивает доступ к среде ВОС для прикладных процессов. Предоставляет услуги непосредственно приложению пользователя (рисунок 5.6). Обеспечивает семантическую обработку данных.

Прикладной уровень должен реализовать все те функции, которые необходимы для взаимодействия открытых систем. К ним относятся: управление системами, прикладными процессами и прикладным уровнем. Эти виды управления ориентированы на распределение ресурсов ВОС. Нижние уровни не дублируют эти функции.

Когда приложение пользователя заказывает обмен с удаленным приложением, то на прикладном уровне активизируется процесс-инициатор. Этот процесс вызывает требуемый экземпляр прикладного объекта своей открытой системы и определяет его ответственность за установление соединения с экземпляром прикладного объекта ОС - получателя. Нижние уровни предоставляют услуги для реализации соединения прикладных объектов. Прикладные процессы могут взаимодействовать после установления соединения между двумя прикладными объектами двух разных ОС.

Услуги службы прикладного уровня

Для обмена информацией между прикладными процессами используются: прикладные объекты, прикладные протоколы и служба представлений. Прикладной уровень должен обеспечивать все службы ВОС, используемые прикладными процессами.

Прикладной объект содержит один элемент пользователя и набор элементов прикладной службы, которые могут вызывать друг друга, и (или) элементы службы представлений для выполнения нужных функций. Элементы пользователей в различных системах обмениваются друг с другом блоками данных прикладной службы.

Основная услуга прикладной службы – передача данных. Кроме этого, прикладная служба может предоставлять и другие услуги:

  • идентификация партнеров (например, с помощью адресов, имен или описаний);
  • определение текущей готовности партнеров, предполагающих начать взаимодействие;
  • согласование механизма секретности;
  • аутентификация партнеров, предполагающих начать взаимодействие;
  • определение приемлемого качества обслуживания (например, времени ответа, определенного уровня ошибок);
  • выбор дисциплины диалога, включающей процедуры инициализации и завершения.

На прикладном уровне стандартизируется формат сообщения. В сообщение входит ТЕЛО (содержательная часть) и ЗАГОЛОВОК. ЗАГОЛОВОК может содержать разнообразную информацию, например, АДРЕС ПРОЦЕССА ПОЛУЧАТЕЛЯ, наименование службы, к которой относится адресуемый получатель. Характеристика служб информационно-вычислительных сетей (ИВС) и цифровых сетей с интеграцией служб (ISDN) дана в рекомендации ITU-T Х.400: а) ПД, б) телекс, в) факсимильная служба со скоростями 2,4-64 Кбит/с, г) видеотекс и др. На этом же уровне оформляются условия доставки информации:

  • вид передаваемой информации,
  • имя прикладного процесса получателя,
  • время передачи.

К числу наиболее распространенных протоколов прикладного уровня относятся:

  • FTP (File Transfer Protocol) – протокол передачи файлов;
  • X.400 – протокол ITU-T международной электронной почты;
  • Telnet – протокол эмуляции терминала, удаленный доступ к Internet;
  • CMIP (Common Management Information Protocol) – общий протокол информации управления;
  • SNMP (Simple Network Management Protocol) – простой протокол управления сетью;
  • NFS (Network File System) – сетевая файловая система, набор протоколов на основе транспортного протокола UDP, позволяющий Unix-машинам, PC и ПК Macintosh совместно использовать файлы в локальной сети;
  • FTAM (File Transfer Access and Management) – передача, доступ и управление файлами, удаленный сервис и протокол OSI для файлов.

Представительный (6)

Назначение и функции

Протокол уровня представления данных устанавливает правила конкретного представления данных, которые используются при формальной спецификации (конкретный синтаксис). Устанавливает правила представления данных, используемые при передаче между двумя ОС. Обеспечивает синтаксическую обработку данных (правила кодирования данных). Обеспечивает независимость прикладных объектов от используемого синтаксиса передаваемой информации.

Прикладные объекты могут использовать любой синтаксис. На представительном уровне выполняется преобразование определенной формы синтаксиса прикладного объекта в общий синтаксис, необходимый для связи с прикладным объектом другой ОС (Рекомендация ITU-T X.200). Преобразование синтаксиса информации прикладного уровня в синтаксис информации представительного уровня выполняется прозрачно для других ОС и не оказывает влияния на стандартизацию протоколов представительного уровня. На представительном уровне реализуются следующие функции:

  • запрос установления сеанса;
  • согласование синтаксиса;
  • преобразование синтаксиса;
  • передача данных;
  • запрос завершения сеанса.

Представительный уровень использует три версии синтаксиса данных:

  • синтаксис, используемый прикладным объектом–отправителем;
  • синтаксис, используемый прикладным объектом- получателем;
  • синтаксис передачи, используемый объектами представительного уровня.

Единого синтаксиса передачи в среде ВОС не существует. Перед началом передачи объект представительного уровня определяет синтаксис прикладного объекта и согласовывает синтаксис передачи с удаленным объектом представительного уровня.

Представительный уровень не выполняет мультиплексирование и демультиплексирование, то есть по одному соединению передается только один поток данных для обмена двух объектов прикладного уровня.

На каждом уровне используется собственная уникальная адресация объектов. Между представительными и сеансовыми адресами устанавливается взаимно однозначное соответствие.

Услуги службы представления:

  • выбор синтаксиса;
  • преобразование синтаксиса.

На уровне представления используется протокол DNS (Domain Name System) – служба имен доменов (механизм, используемый в Internet и устанавливающий соответствие между числовыми IP-адресами и текстовыми именами).

Сеансовый (5)

Назначение и функции

1. Сеансовый уровень устанавливает сеансовые соединения между двумя представительными объектами. Сеансовые соединения устанавливаются и разъединяются либо представительными, либо сеансовыми объектами. Представительный объект может запросить и поддерживать несколько сеансовых соединений одновременно.

2. Обеспечивает передачу данных.

3. Организует и синхронизирует диалог между взаимодействующими представительными объектами, управляет информационным обменом.

4. Поддерживает диалог между представительными объектами даже при потере данных на транспортном уровне (путем повторного установления транспортного соединения).

5. Обеспечивает повторное установление соединения, разрушенного на транспортном уровне.

    1. Оповещает объекты представительного уровня об особых ситуациях.
    2. Обеспечивает управление сеансовым уровнем (активация, контроль ошибок).

В каждый момент времени существует взаимно однозначное соответствие между сеансовыми и транспортными соединениями. Для этого сеансовые БДС должны отображаться в сеансовые БДП, а последние – в транспортные БДС. Время жизни этих соединений может отличаться. Возможны, например, такие варианты соответствия, когда времена жизни соединений отличаются:

а) транспортное соединение поддерживает несколько последовательных сеансовых соединений (рисунок 5.7, а);

б) несколько последовательных транспортных соединений поддерживают одно сеансовое соединение (рисунок 5.7, б).

Услуги сеансовой службы:

  • управление взаимодействием;
  • дуплексное взаимодействие;
  • полудуплексное взаимодействие;
  • симплексное взаимодействие;
  • синхронизация сеансового соединения;
  • оповещение об особых состояниях;
  • обмен обычными данными;
  • обмен срочными данными.

Под срочными данными понимают ограниченность максимального размера сеансовых БДС.

Транспортный (4)

Назначение и функции

1. Транспортный уровень обеспечивает прозрачную, надежную и эффективную (в соответствии с принятым набором критериев) передачу данных между объектами сеансового уровня.

2. Протокол транспортного уровня, как и протоколы более высоких уровней, функционирует в среде ВОС только между оконечными открытыми системами (рисунок 5.8).

  1. Обеспечивает установление и разъединение транспортных соединений;
  2. Обеспечивает отображение транспортного адреса в сетевой адрес;
  3. Обеспечивает мультиплексирование транспортных соединений в сетевые соединения и выделение транспортных соединений из сетевых соединений;
  4. Обеспечивает управление упорядоченностью сегментов одного БДС и разных БДС для каждого соединения “из конца в конец”;
  5. Обеспечивает обнаружение и исправление ошибок, контроль качества обслуживания при передаче данных по соединению;
  6. Обеспечивает сегментацию и сборку БДС;
  7. Обеспечивает управление потоком для каждого соединения “из конца в конец”.

Транспортный уровень предоставляет услугу передачи данных “из конца в конец” (без ретрансляции - рисунок 5.8). Поэтому он должен отображать транспортные адреса в сетевые адреса. Сетевым адресом идентифицируется оконечный объект транспортного уровня (рисунок 5.9).

Функции транспортного уровня в фазе установления соединения:

  • выбор сетевого соединения с учетом требуемого качества обслуживания;
  • выбор оптимального размера транспортного БДП;
  • отображение транспортных адресов в сетевые адреса;
  • идентификация различных транспортных соединений между одной и той же парой ТДС;
  • передача данных, предназначенных для установления соединения.

Функции транспортного уровня в фазе передачи данных: доставка сеансовым объектам-получателям транспортных БДС по транспортному соединению (рисунок 5.10).

Функции транспортного уровня в фазе разъединения:

  • оповещение о причине разъединения;
  • идентификация разъединяемого соединения;
  • передача данных, предназначенных для разъединения.

Услуги службы транспортного уровня:

  • установление транспортного соединения;
  • передача данных;
  • разъединение транспортного соединения.

Транспортные соединения устанавливаются между сеансовыми объектами, которые идентифицируются транспортными адресами.

Транспортная служба удовлетворяет требованиям качества услуги, которые заявлены объектом сеансового уровня (пропускная способность, транзитная задержка, время установления соединения, вероятность ошибки и др.). В тех случаях, когда после установления соединения требуемое качество обслуживания не может быть обеспечено, транспортное соединение разъединяется, и объекты сеансового уровня оповещаются об этом.

Одна и та же пара транспортных адресов может использоваться для установления нескольких транспортных соединений. Для того, чтобы различить эти соединения, объекты сеансового уровня используют идентификаторы оконечных точек транспортного соединения.

 

Транспортная служба обеспечивает передачу БДС двух видов:

  • БДС произвольной длины;
  • БДС ограниченной длины (срочные данные).

Блоки данных произвольной длины сегментируются и передаются прозрачно и упорядоченно от одной ТДС до другой. Срочные транспортные БДС, то есть блоки данных ограниченной длины, передаются без сегментации.

Наиболее распространенные протоколы транспортного уровня включают:

  • TCP – Transport Control Protocol (протокол управления передачей);
  • SPX – Sequenced Packet Exchange (упорядоченный обмен пакетами);
  • TP4 - Transport Protocol 4 (протокол передачи класса 4).

Сетевой (3)

Назначение и функции

  1. Установление, поддержание и разъединение сетевых соединений между ОС.
  2. Маршрутизация в процессе установления соединения и ретрансляция сетевых БДС во время существования соединения.
  3. Обмен между транспортными объектами сетевыми БДС по сетевым соединениям.
  4. Мультиплексирование сетевых соединений.
  5. Сегментация БДП транспортного уровня и сборка сегментов в один БДП для передачи на транспортный уровень.
  6. Обнаружение и исправление ошибок при обмене сетевыми БДС.
  7. Упорядочение сетевых БДС.
  8. Выбор службы (согласование качества обслуживания в различных оконечных точках сетевого соединения).
  9. Управление сетевым уровнем.

Сеть (подсеть) – это одна промежуточная система (или набор нескольких промежуточных систем), выполняющая функции ретрансляции, через которую открытые системы могут устанавливать сетевые соединения.

Сетевое соединение – это маршрут передачи через сеть, используемый сетевыми объектами.

Для обмена двух оконечных систем может использоваться несколько подсетей. В этом случае функции маршрутизации и ретрансляции в подсетях и межсетевой маршрутизации могут выполняться независимо (рисунок 5.11).

Сетевой уровень обеспечивает согласование качества обслуживания в различных оконечных точках сетевого соединения для учета возможностей подсетей, участвующих в маршрутизации и ретрансляции (это соответствует функции выбора службы). Результирующее качество обслуживания определяется качеством, которое обеспечивает подсеть с самыми плохими характеристиками.

Услуги службы сетевого уровня:

  • обеспечение независимости обмена на верхних уровнях от используемых физических сред;
  • использование сетевых адресов для идентификации транспортных объектов;
  • установление двухточечных сетевых соединений;
  • повторное установление соединения;
  • разъединение сетевых соединений;
  • выделение идентификаторов оконечных точек сетевого соединения;
  • прозрачная передача сетевых БДС любого размера;
  • упорядоченная доставка сетевых БДС;
  • обеспечение требуемого качества обслуживания;
  • уведомление транспортного уровня об ошибках;
  • управление потоком сетевых БДС;
  • передача срочных сетевых БДС ограниченного размера (необязательная услуга).

Необязательные услуги пользователь должен запрашивать специально, а поставщик сетевой службы – предоставить их или отказать.

Наиболее часто на сетевом уровне используются протоколы:

  • IP – протокол Internet;
  • IPX – Internetwork Packet Exchange (протокол межсетевого обмена);
  • X.25 (рекомендации ITU, определяющие стандарты для коммуникационных протоколов доступа к сетям с коммутацией пакетов (packet data networks));
  • CLNP – Connectionless Network Protocol (протокол сетевого обслуживания без установления соединения, протокол OSI, представляет в OSI эквивалент протокола IP).

Уровень звена данных (2)

Назначение и функции

  1. Реализация процедур установления, поддержания и разъединения звеньевых соединений между сетевыми объектами.
  2. Управление передачей звеньевых БДС.
  3. Обнаружение и, возможно, исправление ошибок, возникающих на физическом уровне.
  4. Взаимно однозначное отображение звеньевых БДС в звеньевые БДП.
  5. Кадровая синхронизация (фазирование).
  6. Управление потоком кадров.
  7. Управление звеньевым уровнем.

Услуги службы уровня звена данных:

  • коммутируемые соединения;
  • формирование звеньевых БДС, размер которых зависит от уровня ошибок на физическом уровне и возможностей их обнаружения;
  • идентификация оконечных точек звеньевого соединения;
  • упорядоченная доставка звеньевых БДС;
  • уведомление объектов сетевого уровня об ошибках;
  • управление потоком;
  • обеспечение качества обслуживания, требуемого верхними уровнями.

Наиболее часто на уровне звена данных используются протоколы:

  • HDLC – High-Level Data Link Control (процедура управления звеном данных верхнего уровня для последовательных соединений);
  • IEEE 802.2 – Управление логическим звеном (LLC), обеспечивает управление доступом к среде передачи (MAC);
  • Ethernet (IEEE 802.3) – локальная сеть на основе протокола CSMA/CD;
  • Token Ring (IEEE 802.5) – кольцеобразная локальная вычислительная сеть с передачей маркера, разработанная фирмой IBM и работающая со скоростью 4 Мбит/с;
  • X.25 (функции уровня звена данных) – интерфейс между оконечным оборудованием данных (DTE) и аппаратурой окончания канала данных (DCE) для оконечных установок, работающих в пакетном режиме и подключенных к сетям данных общего пользования.
  • Frame relay (ретрансляция кадров) – высокоскоростная технология передачи кадров, включающая деление данных передающим устройством на кадры переменной длины (каждый кадр содержит заголовок с идентификатором логического соединения), передачу кадров цифровым устройством с использованием собственного виртуального канала и сборку блока данных на приемном конце);
  • PPP (Point-to-Point Protocol) – протокол передачи от точки к точке, протокол двухточечного соединения (набор протоколов кадрирования и аутентификации, являющихся частью сервиса удаленного доступа RAS (Remote Access Service) системы Windows NT; связывает конфигурационные параметры многочисленных уровней модели OSI).

Физический (1)

Физический канал – это путь в физической среде ВОС между двумя физическими объектами вместе со средствами для передачи последовательности битов. Физические объекты связаны посредством физической среды.

Назначение и функции:

    • установление, поддержание и разъединение физических соединений с заданными механическими, электрическими и функциональными характеристиками;
    • прозрачная передача потока битов между объектами второго уровня;
    • ретрансляция потока бит в случае соединения нескольких каналов;
    • синхронная (или асинхронная) передача физических БДС (одного или нескольких бит);
    • управление уровнем;
    • оповещение объектов второго уровня о неисправности физического уровня;
    • определение параметров качества предоставляемых услуг.

Услуги службы физического уровня:

  • физические соединения;
  • физические БДС;
  • оконечные точки физического уровня;
  • идентификация физического канала;
  • упорядочение битов потока;
  • уведомление об отказах;
  • контроль параметров качества обслуживания.

Управление взаимным соединением физических каналов возлагается на уровень звена данных.

Блок данных службы физического уровня состоит из одного бита при последовательной передаче и из m бит при параллельной передаче.

Физические соединения могут допускать дуплексную или полудуплексную передачу потока бит.

Физические соединения могут быть двухточечными или многоточечными.

Физический уровень обеспечивает доставку битов в том же порядке, в каком они поступили от уровня звена данных.

К числу наиболее распространенных спецификаций физического уровня относятся:

  • EIA-RS-232-C, ITU-T V.24/V.28 - механические/электрические характеристики не сбалансированного последовательного интерфейса;
  • EIA-RS-422/449, ITU-T V.10 - механические, электрические и оптические характеристики сбалансированного последовательного интерфейса;
  • IEEE 802.3 CSMA/CD (Ethernet). Передача данных и обмен информацией между системами. Локальные и региональные вычислительные сети. Часть 3. Коллективный доступ с опознанием несущей и обнаружением конфликтов (CSMA/CD). Метод доступа и спецификации физического уровня;
  • IEEE 802.5 Token Ring. Передача данных и обмен информацией между системами. Локальные и региональные вычислительные сети. Часть 5. Метод доступа к кольцу с передачей маркера и спецификации физического уровня;
  • I.430 – Основной интерфейс “пользователь – сеть” N-ISDN. Спецификация уровня 1;
  • I.431 – Интерфейс “пользователь сеть” на первичной скорости. Спецификация уровня 1;
  • SDH – Synchronous Digital Hierarchy (синхронная цифровая иерархия);
  • PDH – Plesiochronous Digital Hierarchy (плезиохронная цифровая иерархия);
  • FR – Frame Relay (физический уровень). Метод ретрансляции кадров, определенный стандартами ITU-T, ANSI и Frame Relay Forum;
  • DSL – Digital Subscriber Line (цифровая абонентская линия).

Стандарты

Основой, обеспечивающей реализацию ОС, служит совокупность стандартов. С помощью этих стандартов унифицируется взаимодействие аппаратуры и всех компонентов программной среды:

  • языков программирования;
  • средств, обеспечивающих ввод-вывод;
  • графических интерфейсов;
  • систем управления базами данных;
  • протоколов передачи данных в сетях.

В результате сотрудничества многих национальных и международных организаций был определен набор стандартов, учитывающих различные аспекты открытых систем.

Поставщики и пользователи получают значительные выгоды при применении систем и сетей ВОС. Выгоды могут быть получены благодаря следующим мерам:

  • принятию эффективных взаимоувязанных сетевых решений, обеспечивающих экономию затрат и предоставляющих более широкие возможности обмена данными;
  • минимизации затрат на дополнительные разработки соответствующего сетевого программного обеспечения;
  • созданию конкурентоспособного рынка изделий на всемирной основе.

Эти выгоды могут быть реализованы через правительственные (государственные) профили ВОС. Под профилем понимают один стандарт или совокупность нескольких базовых стандартов, необходимых для решения конкретной прикладной задачи в конкретной сети. Базовый стандарт – это международный стандарт ISO/IEC или рекомендация ITU-T.

При использовании изделий ВОС различные сети можно взаимно связывать, а различные центры контроля и управления сетями - объединять на одном уровне управления. Это упрощает управление конфигурацией системы и существенно облегчает процесс выбора услуг.

Понятия о стандартах и профилях

Напомним понятия профиля (Profile) и базового стандарта (Base Standard). Профиль – взаимоувязанная упорядоченная совокупность базовых стандартов, ориентированная на выполнение определенной прикладной, коммуникационной функции или на построение конкретной системы.

Базовый стандарт – любой стандарт (ISO/IEC, Рекомендация ITU-T), используемый для построения профиля.

Стандарты ВОС разрабатываются комитетами ISO и IEC (Международная электротехническая комиссия). Официальным участником одной из этих комиссий является Госстандарт РФ. Организации ISO и IEC координируют свои разработки с ITU-T. Окончательные документы ISO и IEC получают статус стандарта или технического отчета (Technical Report, TR). Технический отчет представляет собой руководящие материалы и не содержит требований.

Разработка стандарта разделена на этапы:

  • предложение по новой теме работы;
  • рабочий проект (Working Draft, WD);
  • проект комитета (Committee Draft, CD);
  • проект международного стандарта (Draft International Standard, DIS);
  • международный стандарт (International Standard, IS).

Процедура работы с документами такова. На каждом этапе документ рассылается всем участникам с целью критики. После обработки замечаний участников документ рассылается для голосования. Для перехода к следующему этапу документ должны одобрить не менее 75% участников, имеющих право голоса. Использование такого демократического процесса принятия решений не способствует сокращению времени разработки новых стандартов.

Международные организации стандартизации разрабатывают также специализированные комбинации OSI-совместимых протоколов, называемых профилями (наборами) протоколов.

6. Цифровые сети с интеграцией служб (ISDN)

6.1. Требования, предъявляемые к ISDN

Особенности ISDN

Рассмотрим особенности ISDN, отличающие эту технологию от других сетей. Свойства ISDN таковы [21, 22, 23]:

  1. возможность передачи информации в цифровой форме от одного терминала (ТE) до другого;
  2. предоставление широкого спектра услуг (видов сервиса), включающего передачу речевой и неречевой информации;
  3. возможность подключения разнообразных терминалов к сети с помощью многоцелевых стандартных согласующих устройств (интерфейсов) "пользователь-сеть";
  4. обеспечение централизованной сигнализации с высокой скоростью и верностью;
  5. обеспечение любого из требуемых способов коммутации: каналов или пакетов;
  6. обеспечение цифрового транспортного соединения между терминалами оконечных абонентских пунктов;
  7. предоставление пользователям доступа к большому числу речевых и неречевых служб через общую абонентскую линию;
  8. предоставление доступа к сети через небольшое число стандартных многоцелевых интерфейсов.

В состав ISDN должно входить три вида специализированных сетей (рис.6.1): сеть коммутации каналов (КК), сеть коммутации пакетов (КП), сеть сигнализации (СС).

Концепция ISDN детально определена в рекомендациях ITU-T серии I.. В ISDN реализуется поддержка множества служб, а именно: службу телефонной, телекса, факсимильной связи, телетекса, телефакса, бюрофакса, телеконференций, передачи данных (ПД) с КК, ПД с КП, службы дейтаграмм и др.

Под службой электросвязи (service или telecommunication service [22]), или видами обслуживания, понимают услуги, предоставляемые абонентам администрацией электросвязи.
Сеть электросвязи как совокупность технических средств обеспечивает возможность предоставления услуг абонентам. Отличие понятий сетей и служб (услуг) видно хотя бы по тому, что служба передачи данных родилась, не имея своей сети. Для передачи данных использовались некоммутируемые каналы, телефонная сеть и сеть телекс. Позже начали создавать специализированные сети ПД для достижения более высокого качества передачи данных. На рис.6.2. показано использование различных сетей для различных служб.

Различают три условия интеграции цифровых сетей:

  • элементной базы передачи и коммутации;
  • аппаратуры передачи и коммутации;
  • служб (видов) электросвязи.


Рисунок 6.1. Виды сетей в составе ISDN


Рисунок 6.2. Структурный состав ISDN

Цифровая сеть c интеграцией служб должна удовлетворять следующим требованиям:

  1. Обеспечивать установление связи различных служб к одному абоненту лишь по одной абонентской линии, имеющей один номер;
  2. Обеспечивать в перспективе передачу любого вида информации (в аналоговой или дискретной форме) с помощью одного многофункционального терминала;
  3. Обеспечивать абоненту возможность одновременно передавать информацию различных видов;
  4. Обеспечивать снижение тарифов за услуги электросвязи;
  5. Обеспечивать улучшение качества передачи информации (по сравнению с качеством передачи на существующих сетях);
  6. Обеспечивать более эффективное использование каналов и линий сети;
  7. Обеспечивать возможность передачи информации с помощью стартстопных, синхронных и пакетных установок;
  8. Обеспечивать установление соединения для передачи данных (в режиме коммутации каналов) за время Тус < 1с;
  9. Обеспечивать доставку сообщения за время Тдс < 10мс;
  10. Обеспечивать разъединение соединения за время Траз < 10 мс;
  11. Коэффициент ошибок Кош не должен превышать величины 10-6;
  12. Должна быть обеспечена прозрачность канала в фазе передачи данных (при использовании способа КК);
  13. Должен быть предоставлен по требованию пользователя широкий спектр дополнительных видов обслуживания (ДВО), например, прямой вызов, многоадресный вызов и др.;
  14. Абоненту должны передаваться любые необходимые сигналы, оповещающие его о фазе соединения или об отклонении процессов установления соединения от нормы;
  15. Обеспечивать возможность расширения обслуживания на подвижные объекты;
  16. Обеспечивать возможность расширения служб и ввода новых видов информации.

Концепция ISDN определена в рекомендациях серии I.xxx (ITU- T). В этой концепции сформулированы положения о:

- стандартизации предоставляемых пользователям основных и дополнительных услуг в целях обеспечения межсетевого и международного взаимодействия;

- стандартизации функциональных возможностей, необходимых для поддержки услуг;

- стандартизации ограниченного набора многофункциональных интерфейсов (стыков) “пользователь- сеть” и “сеть- сеть”, с помощью которых реализуется доступ пользователя к ресурсам ISDN и межсетевое взаимодействие.

На рисунке 6.3 приведена структура узкополосной ISDN (N-ISDN). Терминалы пользователей подключаются к оконечным станциям по цифровым абонентским линиям. Оконечные и транзитные станции взаимодействуют по цифровым соединительным линиям (ЦСЛ).


Рисунок 6.3. Структура N-ISDN

Для предоставления услуг ISDN все опорные и транзитные цифровые КС должны быть оснащены средствами общеканальной системы сигнализации № 7. В доступе “пользователь-сеть” N-ISDN должна использоваться цифровая абонентская система сигнализации № 1 (ЦАСС № 1 - DSS1).

Типовая базисная конфигурация N-ISDN класса “коммутация каналов с V=64 Кбит/с” приведена на рисунке 6.4. Элемент соединения (ЭС) в доступе состоит из звена доступа, средств коммутации (Switch, S) и управления (Control, C). Элементы соединения в доступе могут быть соединены с помощью национальных транзитных ЭС или национальных и международного транзитных ЭС.


Рисунок 6.4. Типовая базисная конфигурация N-ISDN класса «коммутация каналов с V=64 Кбит/с»

Концепция N-ISDN не предусматривала принципиального изменения структуры существовавшей в 80-е годы сети электросвязи. Цифровая сеть с интеграцией служб может быть построена как “наложенная на уровне услуг связи сеть”, то есть как надстройка (рисунок 6.5) над существующей сетью связи общего пользования (ССОП).


Рисунок 6.5. ISDN, наложенная на уровне услуг связи

Пользователи N-ISDN могут получать услуги через стандартные интерфейсы V1, V3, V5 (рисунок 6.6). Цифровые станционные интерфейсы для абонентского доступа определены в базисной точке V (I.430).

На цифровом участке основного доступа (BRA) организуется два канала типа B (со скоростью V=64 Кбит/с каждый) и один канал типа D (со скоростью V=16 Кбит/с).

На цифровом участке первичного доступа (PRA) организуется 30 каналов типа B и один канал типа D (со скоростью V=64 Кбит/с).


Рисунок 6.6. Стандартные интерфейсы N-ISDN

Общий цифровой участок реализуется с помощью линейных и сетевых окончаний, обеспечивающих любую комбинацию видов доступа (основного - BRA, первичного - PRA). Для основного (базового) доступа обязательным является наличие эталонной точки S0, а для первичного - эталонной точки Т.

Базисные точки V1 и V3 находятся на станционной стороне линейного окончания и применимы для разных типов доступа. Интерфейс типа V может быть реализован только в одной базисной точке V между LT и ET.

Тип интерфейса V5 обеспечивает системное решение задачи подключения средств сети доступа к коммутационным станциям ISDN. Удельная нагрузка цифровых абонентских линий существенно выше удельной нагрузки абонентских линий телефонной сети общего пользования и изменяется в диапазоне 0,15 - 0,55 Эрл на один канал типа В.

Терминал пользователя первого типа (ТЕ1) имеет стандартные стыковые характеристики, отвечающие рекомендациям ITU-T для ISDN. Терминал TE1 предназначен для индивидуальных абонентов и подключен к эталонной точке Т или через NT2 к эталонной точке S0. Терминал пользователя второго типа (ТЕ2) отличается от TE1 стыковыми характеристиками. Он не может быть подключен непосредственно к эталонной точке Т. Терминальный адаптер (ТА) является согласующим устройством для преобразования характеристик ТЕ2 в стандартные для доступа к ISDN. Терминал пользователя ТЕ2 подключается к ТА через стык R.

В таблице 6.1 приведены типы каналов в интерфейсе “пользователь- сеть”.

Таблица 6.1. Типы каналов в интерфейсе “пользователь- сеть”

Обозначение канала

В

Н0

Н11

Н12

D

Скорость цифрового потока, Кбит/с

64

384

1536

(стандарт ANSI)

1920

(стандарт ETSI)

16/64

Закрепление канала типа В за потоками пользователей может быть различным:

- за одним потоком со скоростью 64 Кбит/с;

- за несколькими потоками с одновременной или параллельной передачей по одному каналу.

Если по каналу типа В могут передаваться потоки голосовой информации или данных с максимальной скоростью 64 Кбит/с, то по каналу типа Н - потоки от высокоскоростных факсимильных аппаратов, установок видеосвязи, высокоскоростной передачи данных, высококачественного звукового вещания.

Функции NT1 таковы:

- управление передачей потока битов по линии;

- хронирование (синхронизация);

- мультиплексирование потоков битов каналов В1, В2, D;

- контроль рабочих характеристик и техническое обслуживание объектов в интерфейсе “пользователь- сеть”.

Функции NT2 таковы:

- обработка сигнальных сообщений по протоколам уровней звена данных (2-го) и сетевого (3-го);

- мультиплексирование потоков на уровнях звена данных и сетевом;

- коммутация каналов типа В;

- концентрация информационных потоков от группы терминалов для передачи по одной абонентской линии;

- техническое обслуживание объектов в интерфейсе “пользователь - сеть”.

Функции терминалов типа ТЕ1

Терминалы ТЕ1 должны обеспечивать реализацию следующих функций:

- доступа к сигнальному каналу D;

- обмена с ISDN при базовом и первичном доступе;

- предоставления услуг связи.

Доступ к сигнальному каналу D обеспечивает возможность высокоскоростного и надежного обмена всеми необходимыми сообщениями для получения основных и дополнительных услуг ISDN. Обмен пользователя с ISDN при базовом доступе реализуется с помощью протоколов физического (таблица 6.2), звена данных (таблица 6.3) и сетевого (таблица 6.4) уровней DSS1.

Таблица 6.2. Протокол физического уровня DSS1

Функции

Описание (Рекомендации I.430, I.412)

Конфигурация проводки

Физическое соединение TE с NT

Линейный код

AMI (инверсия): TE - NT; 2B1Q: NT - LT

Структура цикла

Синхронизация битов, октетов, циклов

Управление конфликтами в канале D

Управление доступом к каналу D

Идентификация каналов

Идентификация каналов В и D

Техническая эксплуатация

Действия по ТЭ доступа “пользователь-сеть” и TE

Электрические характеристики

Реализация стыка в соединениях с пассивной шиной

Физические характеристики

Распределение контактов розетки для TE1

Таблица 6.3. Протокол уровня звена данных DSS1

Функции

Описание (Рекомендация Q.921)

Исключение ложных флагов

Обеспечение информационной прозрачности при переносе через сеть

Идентификация цикла

Опознавание и проверка на достоверность всех 48-битовых циклов

Установка режима передачи

Посылка вызова в сеть для инициализации услуги

Обнаружение ошибок

Обнаружение ошибок в принимаемом сообщении и в логике обмена с сетью

Программное управление

Обеспечение непрерывной последовательности кадров в соединении

Восстановление

Исправление ошибок средствами уровня звена данных (обнаружение ошибок в принимаемых кадрах и их исправление с использованием решающей обратной связи) и информирование сетевого протокола об ошибках, не поддающихся исправлению средствами звена данных.

Возможности вещания

Предоставление звеньев данных вещания, которые могут быть идентифицированы с помощью глобального (группового) идентификатора TEI.

Таблица 6.4. Протокол сетевого уровня DSS1

Функции

Описание (Рекомендация Q.931)

Сообщения идентификации и обработки

Опознавание и проверка правильности форматов сообщений

Метка вызова

Идентификация запроса вызова в интерфейсе “пользователь - сеть”

Информация для обмена с сетью

Спецификация типов сообщений (в фазах установления, передачи, разъединения)

Сообщения управления вызовом

Формирование обязательных сообщений для процедур управления основным вызовом

Протоколы и стандарты абонентской цифровой системы сигнализации № 1 (DSS1)

На рисунке 6.7 приведены протоколы и стандарты абонентской цифровой системы сигнализации № 1 ISDN.


Рисунок 6.7. Протоколы и стандарты абонентской цифровой системы сигнализации № 1 ISDN

Структура стыков в эталонных точках S и Т приведена в таблице 6.5.

Таблица 6.5. Структура стыков в эталонных точках S и Т

Тип доступа

Основной (базовый)

С первичной

скоростью

Реальная скорость цифрового потока

144 Кбит/с

(“п-с”; “с-п”)

1984 Кбит/c

В- канальная структура

B+B+D16 ;

(B+D16)

30B+D64 ;

30B

Н0- канальная структура

-

5Н0+D64 ; 5Н0

Н1- канальная структура

-

H12+D64 ; H12

Комбинированная структура

-

nB+mH0+D64; nB+mH0

Эталонные конфигурации доступа к ресурсам N-ISDN приведены на рисунке 6.8.


Рисунок 6.8. Эталонные конфигурации доступа к ресурсам N-ISDN

Взаимодействие TE и коммутационной станции ISDN (Exchange) в плоскости C показано на рисунке 6.9.


Рисунок 6.9. Взаимодействие TE и коммутационной станции ISDN (Exchange) в плоскости C

6.2. Службы и услуги

Услуги, предоставляемые пользователям ISDN, в литературе по ISDN {в частности, в рекомендации I.112 выражены термином сервис электросвязи - Telecommunication Service, Service}. Под сервисом понимают весь диапазон услуг, который обеспечивает администрация сети электросвязи пользователям для удовлетворения их требований к электросвязи.

В понятие сервис электросвязи входят такие услуги:

  • обеспечение телефонной, телеграфной, факсимильной связи, передачи данных и других;
  • обеспечение передачи информации с использованием различных методов коммутации (каналов, сообщений, пакетов, адаптивной, гибридной, быстрой коммутации пакетов);
  • предоставление каналов с различными скоростями передачи;
  • предоставление различных сред передачи(проводные, волоконные, радио, космические);
  • предоставление каналов в аренду, на время передачи сообщения или сеанса связи;
  • дополнительные виды обслуживания (рекомендации ITU-T серии Х.).

Услуги связи предоставляются пользователям с помощью определенных служб. Сеть обеспечивает предоставление, как традиционных услуг, так и специфических, вытекающих из тех новых ресурсов, которыми она обладает. Новыми ресурсами ISDN являются:

  • высокоскоростная передача речевой информации или данных по каналам типов В (64 Кбит/с), Н0 (384 Кбит/с), Н11 (1536 Кбит/с), Н12 (1920 Кбит/с), предоставляемых пользователям в режиме коммутации каналов;
  • передача абонентской сигнализации (адресная информация, линейные и информационные сигналы) по общему каналу (типа D) от оконечного устройства речевой информации или данных с использованием пакетного способа передачи, обеспечивающего высокие скорость и верность;
  • высокая скорость передачи данных стандартными оконечными устройствами по прозрачному каналу от абонента до абонента с использованием широкого спектра протоколов;
  • передача межстанционной сигнализации по общему каналу сигнализации (ОКС) с использованием системы сигнализации № 7 (ССS7) ITU-T, обеспечивающей передачу сообщений по сигнальной сети с устранением состязаний, удвоений и пропаданий.

Возможности передачи речевой информации и данных в ISDN могут быть определены тремя характеристиками:

  • чувствительностью к задержке;
  • чувствительностью к искажениям;
  • чувствительностью к потере части сообщения (блокировке).

Под чувствительностью к задержке (ЧЗ) при передаче голосовой информации в пакетной форме понимают критичность к запаздыванию сообщений, когда возникают трудности понимания между партнерами. При передаче данных и системе защиты от ошибок с решающей обратной связью под ЧЗ понимают критичность к времени отклика удаленной стороны канала ПД на переданный кадр. Чем меньше эта задержка, тем меньше требуемый объем буфера передатчика. Под чувствительностью к искажениям (ЧИ) при передаче речевой информации в цифровой форме понимают зависимость качества связи от искажения отдельных элементов кадров, передаваемых в канальных интервалах цифровых систем передачи.

Считается, что голосовая служба относительно толерантна к искажениям (благодаря большой информационной избыточности речи). Данные более чувствительны к искажениям, т.к. обладают значительно меньшей информационной избыточностью. Под блокировкой понимают при пакетной передаче потерю части пакетов в сети, что приводит к выпадению отдельных кадров (или групп кадров) из сообщения. Речевые сообщения относительно мало чувствительны к блокировке (благодаря возможности переспроса абонентом неправильно понятого сообщения). Блокировки при ПД весьма существенно влияют на качество связи, т.к. при отсутствии информационной избыточности полученное сообщение с потерянными кадрами может быть полностью искажено.

6.3. Эталонная модель протоколов узкополосной ISDN (N-ISDN)

Эталонная модель протоколов N-ISDN приведена на рисунке 6.10.


Рисунок 6.10. Эталонная модель протоколов N-ISDN

Протоколы плоскостей C и U предоставляют услуги приложениям пользователей (голос, видео, данные). Протоколы плоскости C обеспечивают поддержку обмена служебными сообщениями в процессе установления и разъединения соединений. Протоколы плоскости U обеспечивают поддержку доставки информации пользователей. Протоколы плоскости M обеспечивают поддержку процессов административного управления плоскостями C и U.

На рисунке 6.11 приведена последовательность обмена сигнальными сообщениями протокола Q.931 уровня 3 DSS1 в интерфейсе "пользователь-сеть".


Рисунок 6.11. Последовательность обмена сигнальными сообщениями в интерфейсе "пользователь-сеть"

Протокол уровня 3 DSS1 (Recommendation Q.931)

Перечень сообщений протокола уровня 3 DSS1:

  • Установление связи (SETUP) - инициализация установления соединения (может содержать часть или все знаки номера вызываемого абонента);
  • Связь создается (CALL PROCEEDING) - окончание приема информации станцией ISDN для установления соединения;
  • Оповещение (ALERTING) - сообщение о посылке вызова абоненту Б;
  • Соединение в сети установлено (CONNECT) - сообщение после ответа вызываемого терминала;
  • Подтверждение соединения (CONNECT ACK) - подтверждение приема сообщения о соединении;
  • Разъединение (DISCONNECT) - сообщение о разъединении после отбоя абонента
  • Освобождение (RELEASE) - сообщение об освобождении канала типа В;
  • Завершение освобождения (RELEASE COMPLETE) - окончание освобождения канала типа В.

В сообщениях о запрашиваемом соединении предусматриваются информационные поля переменной длины (таблица 6.6).

Таблица 6.6. Распределение информационных полей в сообщении SETUP

В то время как служба передачи информации определяет желаемое качество передачи информации в звеньях соединения, информация о совместимости содержит детали, касающиеся запланированного использования такого сетевого соединения со стороны устройства пользователя. Например, одно устройство сопряжения может сообщить устройству сопряжения на другой стороне сети о том, что прозрачное соединение с пропускной способностью 64 Кбит/с должно использоваться только с эффективной скоростью цифрового потока 16 Кбит/с.

Адресуемое устройство пользователя ISDN принимает заявку на установление соединения в том случае, если оно в состоянии принять указания, определяемые в коде службы передачи и в информации о совместимости.

Пример сообщения “Установить” (SETUP) с информационным элементом “Возможности переноса” приведен на рисунке 6.12 (Q.931 [МККТТ. Синяя книга, выпуск VI.11, стр. 67-93]).


Рисунок 6.12. Сообщение SETUP с информационным элементом «Возможности переноса»

Пример сообщения SETUP с информационным элементом “Номер вызываемой стороны”

На рисунке 6.13 приведен пример сообщения SETUP с информационным элементом “Номер вызываемой стороны”.

Виды соединений

Основной задачей сигнализации в интерфейсе “пользователь- сеть” является управление соединениями. Различают три вида соединений:

1) соединение с коммутацией каналов на базе каналов типа В;

2) соединение с коммутацией пакетов на базе каналов типа В;

3) соединение с коммутацией пакетов на базе D- канала.

Сигнализация “пользователь - сеть” для соединения с коммутацией каналов (КК) осуществляется в ISDN только по общему сигнальному каналу типа D.

При использовании способа КК коммутация и обработка потока пользовательских данных в сети выполняются только на физическом уровне (на уровне потока битов).

Организация соединения с коммутацией пакетов осуществляется по В- каналу в два этапа:

    1. сначала устанавливается соединение по способу КК между устройством пользователя и устройством коммутации пакетов (внеканальная сигнализация);
    2. по установленному физическому каналу на уровнях защиты и коммутации работает протокол коммутации пакетов, и, таким образом, установление и разрушение виртуального соединения осуществляется так же, как в сети с пакетной коммутацией.

К услугам ISDN могут иметь доступ следующие объекты:

    • абонентские пункты с группой терминалов ISDN;
    • ведомственные цифровые АТС с функциями ISDN и без таковых;
    • локальные вычислительные сети;
    • специализированные центры хранения и обработки информации;
    • другие цифровые сети, в частности - ISDN.


Рисунок 6.13. Пример сообщения SETUP с информационным элементом «Номер вызываемой стороны»

6.4. Адресация в ISDN

Адрес абонента ISDN состоит из международного номера ISDN и субадреса (рисунок 6.14). Из адреса ISDN сеть получает информацию о соответствующей стране и желаемом абонентском окончании или группе. Адрес ISDN содержит 15 десятичных цифр, включая индекс страны, код сети и индекс местной сети, однако не допускается использование в кодах некоторых определенных последовательностей цифр (Рекомендация I.330).


Рисунок 6.14. Структура адреса ISDN

Субадрес ISDN служит для уточнения адресации внутренних компонент устройства пользователя, выбранного с помощью адреса ISDN. Субадрес ISDN передается при установлении соединения в своем информационном поле без каких-либо изменений от вызывающего устройства пользователя к вызываемому.

Вопросы для самоконтроля

  1. Охарактеризуйте отличия видов информации группы V от видов группы С.
  2. Чем отличаются структуры ISDN и телефонных сетей?
  3. Охарактеризуйте назначение канала "D", используемого для обмена между терминалом и узлом коммутации каналов цифровой сети.
  4. Передается ли голосовая информация по каналу "D"?
  5. Какова структура адреса пользователя ISDN?
  6. Имеются ли в адресе пользователя ISDN знаки, которые не анализируются на коммутационных узлах сети?
  7. Каковы функции системы управления ISDN?
  8. Что понимают под регулированием потоков сообщений в ISDN?
  9. Можно ли свести управление в ISDN к маршрутизации?
  10. Что входит в понятие сервиса электросвязи в терминологии ITU-T?
  11. Перечислите виды терминалов, которые могут подключаться к ISDN.
  12. Может ли сообщение SETUP содержать адресную информацию?

6.5. Широкополосная ISDN с технологией ATM

Услуги

Рассмотрим характеристики различных служб электросвязи, на основе которых сформулируем требования, предъявляемые к B-ISDN.

Службы электросвязи (СЭ) в основном характеризуются тремя параметрами:

  • скоростью передачи;
  • временем занятия ресурсов сети (длительностью сеанса связи);
  • коэффициентом пачечности, отношением средней длительности сеанса связи к среднему времени передачи информации (Тспи).

Величины этих параметров определяют выбор типа транспортной системы ISDN для данной службы. В табл. 6.7 приведены параметры известных служб электросвязи. Решение вопроса о выборе метода коммутации для данной службы зависит, прежде всего, от величины пачечности. Чем она выше, тем актуальнее применение метода КП для службы (телеметрия, данные). В наименьшей степени это относится к речевой службе, т.к. для неё величина пачечности невелика (2-3). Каждая служба создает потоки информации в сети.

Характеристиками этих потоков являются:

  • допустимая задержка передачи;
  • нагрузка в ЧНН;
  • объем сообщений (количество информации в битах).

В табл. 6.8 приведены требования к задержкам, скоростям передачи и нагрузке в ЧНН для различных служб. Наименьшая задержка допустима при передаче голосовой информации в цифровой форме (30 мс). Более высокие значения задержки приводят к заметному для пользователей ухудшению разборчивости речи. Большая задержка допустима при передаче больших массивов данных (файлов).

Таблица 6.7. Службы электросвязи

Вид службы

Скорость передачи

Длительность

сеанса

Коэффициент пачечности

Класс службы

Телеметрия

100 бит/с –

10 Кбит/с

Сек. – мин.

101-102

Низкоскоростные

Передача данных в интерактивном режиме

(1 -100) Кбит/с

Сек. – мин.

101

Низкоскоростные

Телефонная

(16 – 64) Кбит/с

единицы минут

2 -3

Низкоскоростные

Телефакс

10 Кбит/с-1 Мбит/с

Мин. - часы

1-10

Среднескоростные

Передача файлов

10 Кбит/с-10 Мбит/с

Мин. - часы

1- 10

Среднескоростные

Видеотелефонная

1-10 Мбит/с

единицы минут

1-5

Среднескоростные

ТВ высокой чёткости

150 Мбит/с и выше

Мин. - часы

1-5

Высокоскоростные

Видеоконференции

(10 – 140) Мбит/с

Мин. - часы

1-5

Высокоскоростные

Наименьший объём сообщений характерен для телекса, а наибольший - для файлов. Наибольшую нагрузку в чнн создают телевизионные передачи, а наименьшую - терминалы телекса. В соответствии с рекомендациями ITU-T все службы электросвязи делятся по функциональному признаку на две группы:

  • интерактивные;
  • службы распределения информации (трансляционного типа).

Интерактивный обмен - это взаимодействие, по крайней мере, двух объектов. Различают три разновидности интерактивного обмена:

  • диалог;
  • обмен сообщениями с хранением;
  • поиск.

Обмен типа диалога имеет место при двусторонней связи оконечных устройств пользователей без, хранения информации в каких бы то ни было объектах сети. Перечислим службы, поддерживающие интерактивный обмен информацией:

  • конференц-связь;
  • видеотелефонная связь;
  • высокоскоростной телефакс;
  • передача больших массивов данных (файлов).

При обмене сообщениями с хранением передаваемая абонентом информация накапливается в буферных накопителях станций сети при отсутствии свободных каналов и после их освобождения передаётся адресату. Такой обмен предлагают службы передачи данных, видеопочты, электронной почты, передачи изображений высокой чёткости.

Обмен типа поиска информации предлагают информационные службы. Доступ к этим службам позволяет абоненту отыскивать и получать требуемую информацию.

При интерактивном обмене данные характеризуются большим коэффициентом пачечности. При этом ресурсы сети (каналы, линии) используются неэффективно в течение сеанса связи.

Таблица 6.8. Характеристика сообщений различных служб

Тип сообщения

Допустимая задержка
от абонента до абонента, с

Требуемая скорость передачи,

Кбит/с

Объем сообщения

Нагрузка в ЧНН (Эрл/линия)

Голос в цифровой форме

не более 0.030

64

105 бит

0.1 - 0.2

Телетекс (teletex)

менее 1.0

0.24

Несколько тысяч знаков

0.01

Телекс

менее 5.0

0.050

300-2000 знаков

0.0006

Интерактивные данные

менее 1.0

0.2 - 64

Несколько тысяч знаков

0.3

Большие массивы данных

До неск. десятков мин(задержка в промежуточных накопителях)

от единиц до десятков Мбит/с

106-108 бит

0.01

Телефакс (двусторонний)

менее 10.0

64

-

0.01

Телефакс (односторонний)

60-180

до 14.4

-

менее 0.01

Телерисунок

менее 1.0

64

-

-

Подвижные изображения

менее 1.0

до 140000

-

0.5

К службам распределения информации относятся теле- и радиовещание, трансляция документов (электронная газета). Различают две разновидности вещательных служб: управляемое абонентом вещание и неуправляемое. Вещание без управления со стороны абонента подразумевает невозможность влиять на начало и порядок представления информации (подобно традиционному телевидению или радиовещанию). Вещательные службы, предлагающие услугу “управления вещанием”, организуют передачу циклически повторяющихся блоков информации. Благодаря такой организации абонент может выбрать вид требуемой информации и начало её предъявления. К службам этого типа относятся обучение и тренинг на расстоянии. Широкополосные службы предъявляют высокие требования к средствам передачи и коммутации B-ISDN. Так, например, для цветного телевидения необходима скорость 4-6 Мбит/с, для телевидения с высокой чёткостью - 16-24 Мбит/с, для передачи файлов - до 200 Мбит/с. В настоящее время эксплуатируются физические срeды (волоконно-оптические линии связи) и системы передачи (синхронная цифровая иерархия - SDH), обеспечивающие передачу информации с такими высокими скоростями.

Для того, чтобы удовлетворить требованиям всех рассмотренных служб, B-ISDN должна обладать следующими свойствами:

  • обеспечивать скорость передачи информации не ниже сотен Мбит/с;
  • задержка сообщений при передаче от одного оконечного пункта к другому не должна превышать нескольких сотен или даже десятков миллисекунд (так, например, норма рекомендованной ITU-T задержки при однонаправленной передаче через два узла сети без участков спутниковой связи составляет 80 мс);
  • задержка сообщения на коммутационных станциях сети не должна превышать единиц миллисекунд;
  • система коммутации пакетов одной коммутационной станции должна коммутировать несколько миллионов пакетов в секунду.

Широкополосная ISDN рассматривается ITU-T как результат эволюции узкополосной ISDN с основным доступом типа 2В + D. Основные отличия B-ISDN от N-ISDN состоят в следующем:

  • в сети доступа используется волоконно-оптический кабель (вместо двухпроводной медной абонентской линии);
  • в транспортной системе информация передается со скоростями 140 Мбит/с и выше;
  • терминалы широкополосных служб подключаются к точке Sb широкополосного интерфейса (при этом сохраняется основной интерфейс 2B+D через эталонную точку S).

На рисунке 6.15 приведена конфигурация доступа к службам B-ISDN, где используются следующие обозначения:

  • В-ТЕ - терминал широкополосных (Broadband) служб;
  • ТЕ (Terminal Equipment) - терминал узкополосных служб с основным интерфейсом;
  • В-NT (Broadband Network Termination) - блок согласования терминала с сетью для ШП служб, реализующий функции 1, 2 и 3-го уровней ВОС;
  • ВОЛС - волоконно-оптическая линия связи;
  • ЛМП - линейный мультиплексор;
  • As - средства преобразования скоростей передачи 144 Кbps/150 Мbps;
  • S, Sb, U - эталонные точки цифрового интерфейса;
  • АП - абонентский пункт.


Рисунок 6.15. Конфигурация доступа к B-ISDN

Стандартизовано два типа широкополосных интерфейсов:

  • симметричный интерфейс со скоростью 150 Мбит/с;
  • асимметричный интерфейс (скорость в направлении "сеть-пользователь"- 600 Мбит/с и в обратном направлении -150 Мбит/с).

Сетевое окончание B-NT реализует функции подключения абонентских установок к абонентской линии и совместного использования ими общих ресурсов. На рис. 6.16 показано распределение каналов в широкополосном интерфейсе между различными службами B-ISDN. В рекомендации ITU-T G.703 специфицированы следующие типы каналов цифровых систем передачи: В (64 Кбит/с), HO (384 Кбит/с), H11 (1536 Кбит/с), H12 (1920 Кбит/с), Н21 (32,768 Мбит/с), Н22 (43-45 Мбит/с), H4 (135 Мбит/с). Эти каналы используются для передачи данных, голоса, документальной электросвязи, телевизионных программ, видеоконференцсвязи и других служб. В диапазоне канала Н4 должно помещаться 4 канала Н21 или 3 канала Н22. Здесь приведены номинальные скорости передачи пользовательской информации по типовым каналам.


Рисунок 6.16. Распределение каналов в широкополосном интерфейсе между различными службами B-ISDN

Два типа каналов (D и Е) используется в основном для передачи служебной информации (сигнализация "абонент - сеть", управление сетью, профилактическое обслуживание). Скорость передачи по D - каналу может быть равной 16 или 64 Кбит/с, а по каналу Е - 64 Кбит/с. Протоколы передачи в каналах типа D базируются на рекомендации ITU-T X.25 [38]. В канале Н12 размещается две стереофонические программы, а в канале Н4 можно обеспечить передачу одного канала высококачественного телевидения.

Категории (классы) служб

В B-ISDN базируется большое количество служб. Каждая из них предъявляет к сети специфические требования по скорости доставки информации, организации сеанса связи, необходимости диалога. В документах ITU-T (Рекомендация I.362) весь диапазон служб разделён на 4 категории (табл. 6.9). Категория 1 предъявляет к сети наиболее жёсткие требования. Это объясняется тем, что для служб этой категории нельзя изменять скорость передачи, что характерно, например, для телефонной связи и телевидения. Для служб 2-ой категории допустима переменная скорость передачи, если при этом не происходит ухудшения качества. К этой категории относятся службы передачи данных в интерактивном режиме и видеоинформации. Службы 3-ей и 4-ой категории являются службами передачи данных, для которых скорость может варьироваться. Характерной службой этих категорий является электронная почта. Службы 4-ой категории характерны для связи локальных вычислительных сетей.

Таблица 6.9. Категории служб B-ISDN

Категории служб

1

2

3

4

Согласование по времени

Требуется

Не требуется

Скорость передачи

Постоянная

Переменная

Способ связи

С установлением

соединения

Без установления

соединения

Асинхронный режим передачи

В настоящее время этот режим известен как режим ATM (Asynchronous Transfer Mode). В дальнейшем, говоря об этом режиме, будем использовать аббревиатуру ATM.

Характерным отличием ATM является отсутствие жесткого закрепления временного окна в кадре за вызовом. Каждому вызову соответствует своя метка. Функции установления метки, как и временного окна в кадре при СВРК, могут быть реализованы на первом (физическом) уровне модели ВОС. Основное достоинство ATM состоит в возможности динамического распределения ресурсов, как при передаче пакетов, так и при их коммутации на станциях B-ISDN. Основные свойства метода ATM таковы:

  • информационный поток разделяется на блоки фиксированной длины для любых видов источников;
  • формируется кадр фиксированной длины, состоящий из информации пользователя сети и заголовка, этот кадр назван в документах ITU-T ячейкой;
  • ячейка имеет малую длину, всего 53 октета;
  • процедуры управления потоками и контроля ошибок перенесены на верхние уровни эталонной модели ВОС. Благодаря этому функции транспортной системы упрощены.

Малая и постоянная длина ячейки, используемая в ATM, позволяет:

  • существенно уменьшить, по сравнению с методом чистой КП, как среднее время задержки ячейки в сети, так и дисперсию задержки, что важно для средств обработки в реальном масштабе времени;
  • уменьшить искажения при потере отдельных ячеек;
  • упростить структуру коммутационного поля станции, т. к. во всех звеньях используется простой коммутационный элемент с двумя входами и двумя выходами;
  • упростить процедуры мультиплексирования благодаря постоянной длине ячейки (нет необходимости вести поиск окна требуемой длины в кадре, как это имеет место в сетях с КП при переменной длине пакетов).

Размер ячейки ATM влияет на такие сетевые параметры, как:

  • задержка пакетизации;
  • задержка буферизации;
  • дисперсия задержки;
  • эффективная скорость передачи;
  • сложность реализации технологии ATM;
  • соотношение между длиной заголовка и информационного поля ячейки.

Чем больше длина сообщения пользователя, тем больше задержка пакетизации, т.к. необходимо формировать большее количество ячеек, чем для коротких сообщений. Наибольшая величина задержки пакетизации в ATM характерна для службы передачи данных (большой объём файлов). Задержка буферизации возникает из-за конкуренции ячеек разных служб, отличающихся по приоритету.

Как уже отмечалось ранее, протокол уровня звена данных в ATM не реализует функции защиты от ошибок для информации пользователя, однако заголовок ячейки, ввиду его исключительной важности для закрепления ячеек за виртуальным соединением, имеет специальную защиту в виде контрольной комбинации. Контрольная комбинация выбрана так, чтобы исправлять одиночные и обнаруживать двойные ошибки, которые могут проявляться как потеря или повторение ячеек. Важным свойством ATM, позволяющим уменьшить задержку, является прозрачная передача информационного поля ячейки через станции и узлы B-ISDN. Обрабатывается только заголовок. Скорость потока ячеек в линии, соединяющей две станции B-ISDN, является постоянной, но скорость в битах, которая требуется для передачи информации от некоторого источника, обеспечивается увеличением количества ячеек, принадлежащих одному виртуальному соединению. Теоретически скорость передачи информации от одного источника может изменяться от нуля до максимальной скорости, обеспечиваемой системой передачи, работающей на межстанционной линии [2, 7, 18, 43]. Метод ATM способен поддерживать практически неограниченное количество служб, обеспечивать высокую пропускную способность сети и стандартизовать доступ к широкополосным службам.

Как известно [43], при КП применяется обслуживание с помощью виртуальных соединений. Перед передачей пакета данных устанавливается логический тракт (виртуальный канал). Виртуальный канал может быть установлен сразу между двумя корреспондирующими объектами до начала передачи информации пользователя (это характерно для способа управления "из конца в конец") или шаг за шагом, последовательно ("от звена к звену"), подключая промежуточные звенья коммутационного поля станции или сети (это характерно для способа поэтапного управления). Управление “из конца в конец” используется в сетях с КП при установлении постоянных виртуальных соединений, управление “от звена к звену” - на станциях и узлах с быстрой коммутацией пакетов (БКП) и в сети сигнализации ОКС № 7.

Как асинхронный метод передачи по линиям - ATM, так и метод высокоскоростной коммутации - БКП - используют упрощенные протоколы и базируются на динамическом распределении связного ресурса (пропускной способности канала). Общей является также маршрутизация, основанная на стратегии виртуального канала. Благодаря использованию упрощенных протоколов и динамического разделения связного ресурса обеспечивается независимость структуры ячейки ATM и системы коммутации станции с БКП от особенностей поддерживаемой службы.

Коммутация на станциях B-ISDN

Важным для понимания способов реализации рассмотренных методов коммутации в B-ISDN является изучение структуры и свойств коммутационных полей станций и узлов БКП. Рассмотрим структуру коммутационных полей для БКП. Коммутационные поля станций B-ISDN имеют модульную структуру. На рис. 6.17 приведена структурная схема станции (узла) БКП. Назначением станции БКП является пересылка (коммутация) ячеек ATM из входящих линий в исходящие. Каждая линия связана со своим портом - входящая с портом вх.Пi и исходящая с портом вых.Пj. За каждым портом закреплена своя база данных (БДП). Общее супервизорное управление коммутацией реализуется с помощью центрального процессора (ЦПР) и центральной базы данных маршрутизации (ЦБД). Коммутационное поле станции является многозвенным со специфической структурой, приспособленной для аппаратного (без использования программ) управления коммутацией. Рассмотрим процессы коммутации, основанные на использовании содержимого поля заголовка ячейки ATM (рис. 6.18, б).


Рисунок 6.17. структурная схема станции (узла) БКП

Процесс управления коммутацией на станции БКП состоит в идентификации ВК во входящей линии по ИВТ, в поиске пути в коммутационном поле к требуемой исходящей линии и в присвоении нового значения ИВТ для передачи по исходящей линии ATM на следующую станцию. Для установления виртуальных соединений необходима сигнальная информация. Она передаётся в одном из виртуальных каналов, функции которого подобны функциям звена сигнализации ОКС № 7, создаваемого для целей сигнализации в N-ISDN. По этому сигнальному ВК передаются данные о каждом виртуальном соединении пользователя: ИВТ, ИВК, этап обслуживания, адрес вызываемого абонента. Эти данные собираются супервизором от всех входных портов и аккумулируются в ЦБД. Массив данных ЦБД разделён на подмассивы, каждый из которых закреплён за своим ВТ. В подмассиве имеется информация: о номере порта, по которому поступил вызов, ИВТ и ИВК, номере этапа обслуживания, адресе вызываемого абонента, номере исходящей линии, регистре свободных ВТ в выходных портах. Если для коммутации ВТ в коммутационном поле станции применяется алгоритм самомаршрутизации, то ЦПР формирует метку маршрутизации (ММ) по номерам входного и выходного портов и координатам найденного пути в коммутационном поле. Формат ММ очень прост: количество битов в ней равно числу звеньев коммутационного поля (по одному биту на каждое звено). Коммутационное поле станции БКП может быть построено с использованием экономичных схем, в которых любой вход может быть соединен с требуемым выходом только по единственному пути. На всех звеньях коммутации используются простейшие коммутационные элементы (КЭ), имеющие два входа и два выхода. Ячейка, снабженная ММ, называется быстрым пакетом.


Рисунок 6.18. Форматы: а) ячейки ATM, б) поля заголовка

Основной функцией заголовка является идентификация ячеек, принадлежащих одному и тому же виртуальному каналу в линии ATM. В линии ATM передаются только ячейки активных терминалов пользователей. В одной линии ATM может быть образовано большое количество виртуальных каналов (независимых информационных потоков), определяемое числом битов идентификатора виртуальных каналов (ИВК) в поле заголовка. Количество ВК может быть доведено до 216 = 65536.

Виртуальные каналы объединяются в виртуальные тракты (ВТ). Количество ВТ одной линии ATM может быть доведено до 212 = 4096. Видим, как велико число ВК в одной линии ATM, причём во всех ВК передаётся информация только активных терминалов пользователей (в периоды молчания источника те места, которые бы занимала его информация в цикле ATM, используются для передачи информации других источников). Каждое соединение в B-ISDN однозначно определяется двумя идентификаторами: ИВТ и ИВК. Поэтому функцией станции БКП является преобразование значений идентификаторов входящей линии ATM в идентификаторы исходящей линии.

Понятие виртуальный тракт используют для описания однонаправленной передачи ячеек разных ВК, имеющих общий ИВТ (рисунок 6.19).


Рисунок 6.19. Организация виртуальных трактов в тракте ЦСП

На рис. 6.20 приведена трехзвенная коммутационная схема, в которой быстрый пакет, поступающий на любой вход любого КЭ, передается по маршруту, указанному в ММ. Нумерация выходов схемы соответствует коду в ММ быстрого пакета. В трёхзвенной коммутационной схеме показан маршрут передачи БП от входа с адресом 001 к выходу с адресом 101. Это соединение реализуется в соответствие с ММ = 101.


Рисунок 6.20. Трехзвенная коммутационная схема узла БКП

Маршрутизация ячейки ATM в такой коммутационной схеме выполняется с помощью жесткой логики (без программного управления коммутацией), в отличие от выбора маршрута и управления коммутацией в многозвеньевых коммутационных полях станций и узлов с программным управлением современной сети связи общего пользования (ССОП). Каждый вход КЭ первого звена связан со своим входным буферным накопителем в составе входного порта. Поэтому в КЭ, связанном с двумя такими портами, могут возникать внутренние блокировки, когда быстрый пакет на входе “0” и пакет на входе “1” должны быть переданы на один и тот же выход. В каждом КЭ выполняется самомаршрутизация ячеек для передачи от входа к выходу в зависимости от содержимому соответствующего бита в ММ. Пример самомаршрутизации БП от входа 1 одного из КЭ звена А приведён на рис. 6.21. Значение бита А в ММ однозначно определяет направление БП к выходу 0 {ММ (А)=0} или к выходу 1 {ММ (А)=1}.

Нумерация выходов схемы соответствует коду в ММ (рис. 6.21) коммутируемого быстрого пакета.


Рисунок 6.21. Пример коммутации на станции БКП: а) коммутационный эле-мент б) коммутация при различных значениях бита А в ММ

В процессе обмена адресными (о номере вызываемого абонента) и линейными сигналами с другими станциями сети станция B-ISDN устанавливает виртуальное соединение из конца в конец. С этого момента накопленные в буфере входного порта ячейки данного виртуального канала будут передаваться к найденному супервизором выходному порту в соответствии с подготовленной записью в БДП. Запись имеет такой вид: ИВТf, ИВКh > ММ > ИВТm, ИВКn. Эта запись дублируется во входном порте и используется им для маршрутизации каждой ячейки данного ВК.

Благодаря такой автономии маршрутизации ячеек в установленном виртуальном соединении каждым входным портом супервизор освобождается от рутинных и весьма объёмных по количеству операций функций обработки ячеек для уже установленных виртуальных соединений. Так на станции с БКП реализуется принцип распределённого управления коммутацией. В БДП выходного порта ММ стирается, но сохраняется копия данных БДП входного порта. Это необходимо для предотвращения сбоев маршрутизации в коммутационном поле станции. Если сбои возникают, то информация о них передаётся в супервизор для выполнения необходимых коррекций. В БДП выходных портов имеются регистры свободных и занятых ВК. Данные этих регистров используются при необходимости передачи ячеек по обходному пути в сети, если заняты все ВК в линии прямого направления.

Контрольные вопросы

  1. В чем состоят отличия транспортных систем узкополосной и широкополосной ISDN?
  2. Благодаря чему обеспечивается в B-ISDN уменьшение задержки пакетов, коэффициента ошибок и упрощение протоколов сетевого уровня?
  3. Назовите параметры, которые характеризуют службы электросвязи.
  4. Какая из известных Вам служб электросвязи предъявляет наиболее жесткие требования к допустимой задержке сообщений от абонента до абонента?
  5. Какая из известных Вам служб электросвязи требует наибольшей скорости передачи сообщений по каналам сети?
  6. Каковы основные отличия широкополосной ISDN от узкополосной?
  7. Поясните возможности использования каналов типов Н12 и Н4 для передачи информации в широкополосной ISDN.
  8. Какие задачи необходимо решить для перехода от узкополосной к широкополосной ISDN?
  9. Сформулируйте требования, предъявляемые к коммутационным полям станций и узлов в B-ISDN?

7. Сети доступа

7.1. Назначение сетей доступа и их место в структуре современных инфокоммуникационных сетей

В настоящее время традиционная технологическая база сети абонентского доступа активно изменяется. Эти изменения вызваны:

  • внедрением беспроводного абонентского доступа (WLL);
  • снижением цен на оптоволоконные кабели;
  • спросом на новые услуги связи, которые не могут быть обеспечены существующими сетями доступа;
  • ростом удельной терминальной нагрузки и изменением статистических свойств этой нагрузки (большая величина коэффициента пачечности);
  • необходимостью постепенного перехода к пакетным транспортным технологиям;
  • усложнением в связи с этим систем мультиплексирования, шлюзования (сопряжения сетей) и передачи информации между терминалом пользователя и узлом магистральной сети;
  • требованием снижения эксплуатационных расходов в сети доступа за счет внедрения автоматизированных средств управления сетью и протоколов для поддержки функций TMN (Telecommunication Management Network).

Терминология, используемая в рекомендациях и других материалах Международного Союза Электросвязи (МСЭ) об абонентском доступе, существенно отличается от системы понятий, принятых в отечественной литературе [44]:

  • Access network (AN) – сеть доступа (СД), средства (например, кабельные системы, системы передачи, мультиплексоры, коммутаторы и др.), которые обеспечивают транспортировку информации и поддержку инфокоммуникационных услуг между интерфейсом узла служб (SNI) и интерфейсом пользователь-сеть (UNI). Сеть доступа можно конфигурировать и управлять через интерфейс сетевого управления Q3. В принципе нет ограничения в типах и числе UNIs и SNIs, которые могут быть реализованы в сети доступа;
  • Service node interface (SNI): интерфейс узла служб;
  • Service node (SN): узел служб;
  • User-network interface (UNI): интерфейс “пользователь-сеть”.

Протокольная модель сети доступа

Протокольная модель сети доступа приведена на рисунке 7.1.


Рисунок 7.1 Протокольная модель сети доступа

Уровень среды передачи (Transmission Media Layer, ТМ) поддерживает транспортировку и защиту потоков данных в физической среде (медном или оптическом кабеле, радио- или оптическом канале) в виде сигналов цифровых систем передачи (PDH, SDH, ATM) и модемной передачи. Этот уровень может быть представлен секциями (участками) мультиплексирования и регенерации сигналов.

Уровень пути (Path Layer, ТР) обеспечивает создание и обслуживание маршрутов передачи данных для пользователей с различными терминалами и запросами на услуги связи.

Уровень канала (Circuit Layer, CL) определяет виды каналов сети доступа (физические каналы, виртуальные каналы).

Уровень поддержки доступа (Access bearer handling function, AF) чаще всего ассоциируется с сигнальными системами, например, для доступа к телефонной сети, к N-ISDN, B-ISDN и т.д.

На уровень управления (Layer Management, LM) возложены задачи поддержки в исправном состоянии объектов всех уровней путем постоянного контроля их функций с помощью систем поддержки операций (OSS).

Плоскость системного управления (System Management, SM) обеспечивает сбор и обработку информации для решения задач планирования ресурсов и управления реконфигурацей сети доступа.

Программное обеспечение уровня реализации возможностей доступа (Access bearer capability requirements) предназначено для реализации требований пользователя по передаче информации, сигнализации и управления.

Протокольная модель сети доступа позволяет более точно определить функции объектов сети доступа, пользовательских интерфейсов, транспортных функции, сервисных портов (интерфейсов) коммутации, встроенных функции, функций системы управления.

7.2. Функциональный состав сетей доступа

На рисунке 7.2 приведен функциональный состав мультисервисной сети доступа. Функции сети доступа разделены на части:

  • функции системы управления;
  • функции порта пользователя;
  • функции ядра;
  • функции транспорта;
  • функции порта узла служб.


Рисунок 7.2. Функциональный состав мультисервисной сети доступа

Назначение системы управления функциями сети доступа (AN System management function):

  • техническая эксплуатация (ТЭ) и техническое обслуживание (ТО);
  • конфигурирование и управление сетью;
  • координация взаимодействия всех частей сети;
  • обнаружение и индикация неисправностей;
  • сбор и обработка статистических данных;
  • управление безопасностью;
  • управление ресурсами.

Функции порта пользователя (User port Function, UPF) {в ТфОП – BORSCHT, в ISDN – согласование сопротивлений, уровней передачи, ЦАП/АЦП,…} таковы:

    • преобразование сигнальной информации;
    • активация/деактивация (для экономии электроэнергии в объектах интерфейса);
    • тестирование;
    • управление;
    • контроль и мониторинг.

Функции Ядра (Core Function) таковы:

    • обработка информации пользователя;
    • адаптация протоколов (преобразование протокольных блоков данных (Protocol Data Unit, PDU) терминалов пользователя в PDU транспортной сети);
    • эмуляция канала (в коммутаторах АТМ и MPLS транспортной сети);
    • мультиплексирование информации пользователя в пакеты;
    • концентрация;
    • управление и контроль;
    • сигнализация (обработка PDU 3-го уровня и выше).

Функция транспорта (Transport Function) обеспечивает:

  • выбор ресурсов (путей) для передачи информации между UPF и SPF;
  • мультиплексирование;
  • кроссовые соединения;
  • управление средой передачи на физическом уровне;
  • управление (ТЭ и ТО).

Функция порта узла служб (Service port Function, SPF) обеспечивает:

  • преобразование требований со стороны SN в основные функции ядра;
  • преобразование PDU для конкретного интерфейса узла служб (SNI);
  • управление и мониторинг;
  • тестирование SNI.

7.3. Архитектура сети доступа

На рисунке 7.3 приведена архитектура сети доступа.


Рисунок 7.3. Архитектура мультисервисной сети доступа

Назначение функциональных блоков мультисервисной сети доступа:

  • AF (Access Function) – функции обработки в доступе;
  • CL (Channel Layer) – уровень канала (физического, логического);
  • TP (Transmitting Path) – уровень путей (трактов);
  • TM (Transmitting Media) – уровень среды передачи;
  • SMF (System Management Function) – уровень системного управления (сбора и обработки информации для ТО и ТЭ).

Международные организации стандартизации сетей доступа

Стандартизацией в области сетей доступа занимается ряд международных организаций:

  • ITU-T (International Telecommunications Union) - Международный телекоммуникационный союз;
  • ETSI (European Telecommunications Standards Institute) - Европейский институт телекоммуникационных стандартов;
  • ANSI (American National Standards Institute) -Американский национальный институт стандартов;
  • Альянс Home PNA (Home Phone line Networking Alliance);
  • Форум – EFM (Ethernet in the First Mile).

Классификация сетей доступа

    • по используемой среде передачи:

- кабели с медными парами (ТПП (телефонный, полиэтиленовая изоляция, пластмассовая оболочка), неэкранированная витая пара - UTP, экранированная витая пара - STP);

- оптические кабели;

- радио среды в различных диапазонах волн.

    • по используемым технологиям;
    • по используемой топологии
    • по методам разделения среды:

- TDMA (time-division multiple access) - множественный доступ с временным разделением каналов;

- CDMA (Code Division Multiple Access) множественный (многостанционный) доступ с кодовым разделением каналов;

- FDMA (frequency division multiple access) - множественный доступ с частотным разделением;

- WDM (wavelength-division multiplexing) - спектральное разделение по длинам волн;

- CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) - множественный доступ с контролем несущей и обнаружением конфликтов.

Классификация услуг, предоставляемых сетями доступа

Классификация услуг может быть проведена по нескольким признакам:

  • по назначению передаваемой информации;
  • по уровням в соответствии с уровневой моделью.

Классификация услуг по назначению передаваемой информации:

    • U (User) - пользовательская информация (данные, видео, речевая информация…);
    • C (Control) - сигнальная информация (для поддержания процедур установления и разъединения соединения);
    • M (Management) - информация управления (для сбора аварийных сигналов, тестирования, администрирования… ).

7.4. Классификация сетей доступа

Классификация по уровням в соответствии с уровневой моделью:

  • физический уровень интерфейса UNI предоставляет услуги тактовой синхронизации, поддержки уровней передачи, мультиплексирования на физическом уровне и др.;
  • уровень звена данных предоставляет услуги помехоустойчивой передачи в доступе, для чего используются помехоустойчивое кодирование информации;
  • сетевой уровень предоставляет услуги маршрутизации, например, в случае использования в магистральной сети технологии IP/MPLS на сетевом уровне в доступе выбирается сквозной маршрут через магистральную сеть (в так называемом пограничном маршрутизаторе (LER).

С точки зрения вышележащих уровней в доступе реализуются только услуги сигнализации (С) и управления (М). Для их поддержки устройства доступа могут содержать функциональные узлы для реализации всего стека протоколов в плоскостях С или М.

Услуги верхних уровней в плоскости U реализуются, как правило, за пределами сети доступа, а именно – в оконечных терминалах пользователей (TE, CPE) и сетевых серверах (узлах служб – SN). В плоскости U сеть доступа выполняет только функции транспортировки информации пользователя (транзит) между интерфейсами UNI и SNI (т.е. предоставляет услуги протоколов нижних уровней).

Классификация сетей доступа по используемой топологии

Конфигурация связей между сетевыми узлами называется топологией сети. Термин топология заимствован из геометрии и используется для описания формы объекта.

Сетевая топология - это геометрическая форма (или связность) сети.

Различают физическую топологию, образуемую геометрической конфигурацией физических линий связи и сетевых узлов, и логические сетевые топологии, организуемые путем создания логических связей на различных уровнях ЭМВОС (в том числе и на физическом уровне).

Физическая топология первичной сети (например, при использовании оптических кабелей и ЦСП типа SDH) может иметь конфигурацию типа “кольцо”, однако логические каналы (связи или СЛ во вторичной сети) в этой кольцевой топологии на физическом уровне (уровне ЦСП и узла коммутации каналов) могут быть организованы, как по топологии “звезда” (радиальные внутризоновые ССОП), так и по более сложным топологическим схемам (“каждый с каждым”, “районировано-узловые”, “ячеистые”).

На рисунке 7.4 приведены примеры сетевых топологий.

Иерархическая топология (рис. 7.4, а) является привлекательной с точки зрения простоты управления, однако, она несет в себе потенциально трудно разрешимые проблемы (например, проблемы готовности сети). В некоторых случаях самый верхний сетевой узел (например, Softswitch) управляет распределением всех потоков информации в сети. При централизованном управлении могут возникать перегрузки (при накоплении ошибок в процессе управления ресурсами) и понижаться готовность сети из-за запаздывания реакции системы управления. В случае отказа верхнего уровня функции сети нарушаются полностью, если не предусмотрен резервный узел.

Горизонтальная топология (шина) широко используется в локальных сетях. Такая топология (рис. 7.4, б) является относительно простой для управления трафиком, поскольку при использовании шины допускается прием сообщения всеми станциями (компьютерами). Это означает, что единственная станция работает в широковещательном режиме, посылая кадры группе станций.

Главный недостаток горизонтальной топологии связан с тем, что для обслуживания всех устройств в сети обычно имеется только один канал передачи данных. Следовательно, в случае отказа канала выходит из строя вся сеть.

Топология типа “звезда” (рис. 7.4, в) является одной из наиболее широко распространенных сетевых структур. В ССОП звездообразная топология оправдана на магистральных (например, внутризоновых) сетях.

Весь трафик проходит через центральный узел А звезды. Узел А представляет собой центральный маршрутизатор (Router). Следовательно, его функции аналогичны функциям верхнего уровня иерархической топологии, за исключением того, что топология “звезда” имеет ограниченные возможности распределенной обработки.


Рисунок 7.4. Примеры сетевых топологий

Кольцевая топология привлекательна тем, что перегрузки, которые могут возникать в сетях с иерархической или звездообразной топологией, здесь весьма редки. Более того, логическая организация кольцевой сети является относительно простой. Каждый узел способен выполнять простую задачу приема данных и трансляции их к следующему промежуточному узлу.

Ячеистая топология

Благодаря множественности путей между узлами сети с ячеистой топологией, потоки информации могут быть направлены в обход отказавших или занятых узлов. Несмотря на то, что топология сети характеризуется сложностью и высокой стоимостью, некоторые операторы предпочитают ячеистые сети сетям других типов вследствие их высокой надежности. Это особенно важен для современных магистральных мультисервисных сетей, агрегирующих и транспортирующих потоки мультимедийной информации.

7.5. Использование разных топологий доступа

С развитием цифровизации (появление технологии ISDN) началось использование в доступе комбинированных топологий – точка-точка (интерфейс U)/шина (интерфейс S).

В настоящее время операторы сетей постепенно переходят к кольцевой топологии в доступе ССОП/ISDN.

Доступ к мобильным сетям имеет топологию шины с разделением среды путем множественного случайного доступа типа ALOHA (предложен Н. Абрамсоном из Гавайского универс. США), или приоритетного доступа.

В доступе к ресурсам мультисервисных сетей используется широкий набор топологий, зависящих от требований абонента (“точка-точка”, “шина”, кольцевая и ячеистая). Например, в основу технологии доступа пассивных оптических сетей (Passive Optical Network, PON) положена топология "точка – множество точек" (к одному порту центрального узла подключается целый волоконно-оптический сегмент древовидной (иерархической) архитектуры, охватывающий десятки терминалов).

Структура доступа к мультисервисной сети на базе Ethernet может иметь достаточно сложную и разветвленную древовидную архитектуру. Однако в каждом узле дерева обязательно должно находиться активное устройство (коммутатор, маршрутизатор), порты активных устройств могут быть связаны только попарно по топологии "точка-точка".

Классификация сетей доступа по методам разделения среды

Существует несколько способов совместной работы нескольких терминалов, использующих общую среду передачи (разделение среды передачи):

  • Статическое мультиплексирование (разделение ресурса)
    • по частоте (FDM),
    • по времени (TDM),
    • кодовое CDMA (Code Division Multiple Access),
    • по длине волны (WDM, Wavelength-Division Multiplexing);
  • Динамическое (статистическое) мультиплексирование (концентрация)
    • случайный доступ ALOHA (CSMA/CD),
    • метод запросов,
    • метод приоритетов.

Метод мультиплекcирования по частоте (Frequency Division Multiplexing, FDM) является старейшим и наиболее часто используемым. Соседние частотные каналы должны отстоять на достаточном расстоянии друг от друга, чтобы обеспечить необходимую полосу пропускания каждому терминалу и в тоже время достаточно близко – чтобы можно было разместить большее число каналов в отведенном частотном диапазоне.

Аналоговый вариант FDMA долго использовался в многоканальных системах уплотнения типа К-60, но со временем был вытеснен более совершенным методом цифрового уплотнения по времени (TDMA).

Цифровой вариант FDMA широко используется сейчас в радио доступе и в доступе по медным парам.

Ранее в ССОП неоднократно предпринимались попытки уплотнения абонентских линий (с помощью так называемых ЦАВУ) с использованием метода мультиплексирования “многостанционный доступ с временным разделением каналов (TDMA)”. Использование этого метода позволяло довести количество обслуживаемых абонентов по одной медной паре до 4 - 10, при лучшем качестве канала. Однако у такого доступа есть существенный недостаток – скорость передачи в одном временном канале – от 32 до 8 Кбит/c, что для голоса достаточно, но недостаточно для передачи данных.

Метод CDMA (Code Division Multiple Access) не требует синхронизации и является полностью децентрализованным. Каждый терминал занимает всю полосу пропускания канала, а разделение среды происходит на основе корреляционного анализа сложных шумоподобных сигналов с псевдослучайным кодированием (т.е. по кодовому расстоянию сигналов от разных терминалов). Несомненным достоинством этого метода является повышенная скрытность обмена информацией и защищенность от несанкционированного доступа.

Как и другие, метод CDMA не лишен недостатков. Во-первых, требуемая емкость среды передачи (например, частотный диапазон в радио доступе) существенно зависит от отношения сигнал-шум и при отсутствии координации между терминалами обычно ниже, чем в случае TDMA/FDMA. Во-вторых, быстродействие и стоимость оборудования, в котором используется метод CDMA, высоки.

8. Система общеканальной сигнализации № 7

8.1. Построение сети сигнализации с протоколом ОКС № 7

Система сигнализации № 7 (ОКС № 7) [3, 5, 12] представляет собой многофункциональный протокол управления доставкой сообщений переменной длины в сети передачи данных с коммутацией пакетов. Этот протокол первоначально предназначался для управления доставкой сигнальных сообщений пользователей телефонной сети по общему каналу. В дальнейшем функции протокола общеканальной системы сигнализации № 7 расширялись вследствие интеграции множества служб в одной телекоммуникационной сети (ISDN). В настоящее время ОКС № 7 поддерживает обмен не только сигнальными сообщениями с целью предоставления услуг в сети с коммутацией каналов, но и обмен пользователей, имеющих оконечное оборудование пакетного типа, обмен объектов интеллектуальной сети, элементов системы централизованной эксплуатации и технического обслуживания, элементов системы управления телекоммуникационной сетью (TMN - Telecommunication Management Network).

Такое разнообразие применения ОКС № 7 позволяет считать эту систему универсальной, способной обеспечивать транспортировку любых данных в сети с пакетной коммутацией. Для обмена сообщениями по протоколу ОКС № 7 создаётся сигнальная сеть, состоящая из пунктов сигнализации (Signaling Point, SP) и связывающих их звеньев сигнализации (Signaling Link, SL). Ответственность такой сети за правильность предоставления услуг пользователям исключительно велика. Даже небольшие нарушения функционирования сигнальной сети могут оказать существенное влияние на качество работы всей телекоммуникационной сети. Поэтому необходимы высокоэффективные средства оперативного контроля сигнальной сети и управления её ресурсами.

Локальное использование ОКС № 7 в России по цифровым звеньям со скоростью 64 Кбит/с относится к началу 90-х годов, а разработка основополагающих нормативных документов, посвящённых национальному стандарту ОКС № 7, и запуск первого фрагмента опытной зоны национальной сигнальной сети - к 1995-96 г.г. [64].

Система сигнализации № 7 является видом централизованной сигнализации, первоначально предложенной для использования на телефонных сетях. Впервые требования к системе сигнализации № 7 были сформулированы в рекомендациях МККТТ в 1981 г. и в дальнейшем дополнены в 1984, 1988, и в 90-е годы 20-го века [65, 66, 67].

При использовании общеканальной (централизованной) сигнализации сигнальные сообщения передаются в так называемом общем канале сигнализации (ОКС).

Общий канал сигнализации (Common-signaling Channel, CSC) представляет собой совокупность средств, обеспечивающих прием требований на передачу линейных, регистровых и информационных сигналов, формирование пакетов данных переменной длины с сигнальной и другой информацией, передачу и прием кадров, обеспечение требуемой верности сигнальной информации и удовлетворение требованиям по допустимой задержке.

Сигнальную информацию передают в сетях с коммутацией каналов для быстрого отыскания ресурсов, требуемых пользователю. Под термином "сигнализация" понимают процесс обмена элементов сети линейными, регистровыми и информационными сигналами.

Различают три разновидности сигнализации (рисунок 8.1):

  • абонентскую (в интерфейсе "пользователь-сеть");
  • внутристанционную (между модулями АТС);
  • межстанционную (между АТС, узловыми станциями, сетевыми базами данных, между станциями и центрами технической эксплуатации, между узлами разных сетей).

Для цифровой сети с интеграцией служб (ISDN) МСЭ-Т (ITU-T) рекомендовал использовать в интерфейсе "пользователь - сеть" цифровую абонентскую систему сигнализации № 1 - ЦАСС № 1 (DSS1), а для межстанционной связи - общеканальную систему сигнализации № 7 (CSS 7).


Рисунок 8.1. Общеканальная сигнализация в цифровой сети

Совокупность каналов сигнализации и оконечных (Signaling Point, SP) и транзитных пунктов сигнализации (Transfer Signaling Point, STP) образует сеть сигнализации. Эта сеть является транспортной системой не только для доставки сигнальных сообщений в сетях с коммутацией каналов, но и для обмена данными тарификации разговоров, технической эксплуатации, административного управления, управления процессами подготовки и предоставления дополнительных видов обслуживания (ДВО) и других.

Пункты сигнализации могут обмениваться сообщениями по одному из трёх способов:

- связанному;

- несвязанному;

- квазисвязанному.

Примеры режимов сигнализации в сигнальной сети показаны на рисунке 8.2.

При построении сигнальной сети по связанному способу (Рис. 8.2, a) конфигурация ее повторяет конфигурацию сети информационных каналов для передачи речевой информации или данных. Затраты на создание сигнальной сети должны быть минимизированы, поэтому ее построение по первому способу рационально только при достаточно высоком тяготении между станциями телефонной сети общего пользования или ISDN.

Если тяготение между двумя станциями телекоммуникационной сети невелико, то сеть сигнализации строят по квазисвязанному способу (Рис. 8.2, b). В этом случае сигнальные сообщения между двумя рассматриваемыми пунктами сигнализации всегда проходит по заранее заданному маршруту через один или несколько транзитных пунктов сигнализации, то есть в сигнальном маршруте будет задействовано не менее двух звеньев сигнализации (этот вариант показан на рисунке 1.3).

В пунктах сигнализации SPf и SPk имеются подсистемы пользователей (то есть в них происходит генерация и обработка сигнальных сообщений), а в транзитных пунктах сигнализации STPm и STPn подсистемы пользователей могут быть не представлены, то есть здесь должны выполняться функции хотя бы трех нижних уровней протокольной модели ОКС № 7 (управление сетью сигнализации, защита от ошибок, управление передачей битов по физическому каналу). Эти функции реализуются подсистемой передачи сообщений ППС (Message Transfer Part, MTP). Каждый SP или STP должен иметь уникальный в данной сигнальной сети код (КПС).


Рисунок 8.2. Примеры режимов сигнализации

Сигнальные сообщения от одного SP к другому могут направляться, в зависимости от состояния элементов сети, по разным маршрутам, если таковые имеются (это показано на рисунке 8.3).


Рисунок 8.3. Структура сигнальной сети

8.2. Эталонная модель протоколов ОКС № 7

Функции системы сигнализации

Задачи формирования и обмена сигнальными сообщениями реализуются двумя подсистемами:

- подсистемой пользователя - ПП (User Part, UP) и

- подсистемой передачи (переноса) сообщений - ППС (Message Transfer Part, MTP).

В каждом пункте сигнализации может быть представлено множество подсистем пользователей (ПП), в частности:

  • подсистема пользователя ISDN (ISDN User Part, ISUP);
  • подсистема пользователя телефонной сети общего пользования (TUP);
  • подсистема пользователя сети ПД общего пользования (DUP);
  • подсистема пользователя сотовой сети подвижной связи стандарта GSM (MAP);
  • подсистема пользователя технической эксплуатации и администрирования сети сигнализации (OMAP).

Подсистема передачи сообщений является общей транспортной системой для всех ПП. Протоколы ППС [65] удовлетворяют требованиям, предъявляемым к протоколам физического, звена данных и части сетевого уровня эталонной модели взаимодействия открытых систем (ЭМВОС). Эталонная модель протоколов системы сигнализации № 7 приведена на рисунке 8.4


Рисунок 8.4. Система протоколов ОКС № 7

Функции ППС таковы:

- маршрутизация сигнальных сообщений;

- распределение принятых сигнальных сообщений между ПП;

- защита пакетов данных от искажений;

- управление передачей сигнальных сообщений пользователей;

- управление потоками сообщений сигнализации;

- генерирование и обработка сообщений управления сетью сигнализации, процессами администрирования и технической эксплуатации.

Протоколы ОКС № 7

Под протоколом понимают правила обмена одноименных уровней разных информационных систем, процедуры обработки информации, форматы пакетов и кадров, правила кодирования информации.

Функции протоколов ОКС № 7 разделены на 4 уровня:

- 1-ый - физический,

- 2-ой - звеньевой (канальный),

- 3-ий - сетевой,

- 4-ый - пользовательский.

На рисунке 8.4 показаны функциональные связи между этими протокольными уровнями.

На уровне 1 предоставляются физические каналы для передачи данных. Вариант использования в ОКС одного из каналов цифровой системы передачи показан на рисунке 8.5.

На уровне 2 обеспечивается выполнение следующих функций:

- формирование блоков данных (называемых в рекомендациях ITU-T сигнальными единицами – СЕ [Signaling Unit, SU]);

- разделение сигнальных единиц с помощью флагов;

- обнаружение ошибок в СЕ с помощью проверочных битов – ПБ [Check Bits ,CK]);

- исправление ошибок с помощью повторной передачи СЕ;

- наблюдение за характеристиками канала данных сигнализации.

Эти функции реализуются в пункте сигнализации для каждого звена сигнализации с помощью программно-аппаратных средств, называемых контроллером звена сигнализации (рисунок 8.6). Звено сигнализации состоит из звена данных сигнализации и двух оконечных устройства ЗС (ОУ ЗС) сопряженных пунктов (на рисунке 8.6 это SPn и SPm).


Рисунок 8.5. Средства уровней 1 и 2 ОКС № 7

На уровне 3, называемом сетевым, реализуются следующие функции:

- обработка сигнальных сообщений, состоящая в разделении поступающих сообщений, относящихся к разным подсистемам пользователей, и направлении сигнальных сообщений от подсистемы пользователей к соответствующему звену сигнализации;

- управление сетью сигнализации, состоящее в маршрутизации сигнальных сообщений, ограничении потоков при перегрузках и отказах в сети сигнализации, переводе трафика сигнализации на другой маршрут или резервное звено сигнализации, восстановлении нормального функционирования звеньев и маршрутов сигнализации.

Уровень 4 системы протоколов ОКС № 7 соответствует прикладному уровню ВОС. На уровне 4, называемом пользовательским, анализируются принимаемые и генерируются предназначенные для передачи сигнальные сообщения. Сигнальными сообщениями могут обмениваться лишь одноименные подсистемы пользователей. Функционирование подсистемы пользователя не зависит от реализации MTP (ППС).

Требования, предъявляемые к сети ОКС № 7

Сеть ОКС № 7 предназначена для решения задач:

  • транспортировки сообщений в пакетной форме при информационном обмене сетей и их элементов;
  • защиты сигнальных сообщений от искажений;
  • гарантированной доставки сообщений по заданному адресу и маршруту;
  • предотвращения пропаданий, удвоений и конкуренции сообщений.

Транспортировка сообщений с помощью системы сигнализации № 7 позволяет обеспечить:

  • сигнальный обмен между станциями и узлами сетей с коммутацией каналов (ССОП, N-ISDN, ССПС) и пакетов (B-SDN);
  • организацию ТЭ и ТО сигнальной сети;
  • информационный обмен между элементами интеллектуальных сетей;
  • поддержку процессов управления телекоммуникационными сетями (Telecommunications Management Network ,TMN).

Использование ОКС № 7 в телекоммуникационных сетях позволяет получить следующие преимущества, по сравнению с децентрализованными системами сигнализации (примером децентрализованной системы сигнализации является 2ВСК):

  • высокую производительность при поддержке различных служб (одно звено сигнализации способно обслужить в ЧНН до двух тысяч вызовов от пользователей ССОП);
  • высокую скорость установления и разъединения соединений;
  • высокую живучесть благодаря возможности альтернативной маршрутизации и резервированию элементов;
  • высокую экономичность за счет сокращения объема оборудования коммутационных узлов;
  • высокую гибкость благодаря возможности поддержки множества служб и сетей.

Контрольные вопросы

  1. Назовите подсистемы, входящие в состав системы сигнализации номер 7.
  2. Назовите функции подсистемы передачи сообщений.
  3. Приведите примеры подсистем пользователей ОКС № 7.
  4. Дайте определение протокола.
  5. Назовите протокольные уровни ОКС № 7.
  6. Назовите функции протоколов 1-го, 2-го, 3-го и 4-го уровней ОКС № 7.

8.3. Подсистема передачи сообщений (MTP)

Форматы сигнальных единиц (Message Signaling Unit, MSU)

На рисунке 8.6 приведены компоненты подсистемы передачи сообщений.

Если подсистема пользователей SPn передает сообщение сигнализации в сторону аналогичной подсистемы пользователей SPm, то оно принимается в MTP SPn, где происходит выбор одного из звеньев в маршруте, ведущем к SPm. Если сигнальное звено в этот момент занято, то сообщение ожидает начала передачи в буфере этого звена. Если сообщение принято в SPm без искажений, то ППС SPm передает его в соответствующую подсистему пользователей.


Рисунок 8.6. Компоненты подсистемы передачи сообщений

Подсистема пользователя ППа формирует сигнальное сообщение и передает его сетевому уровню. Здесь к нему добавляются служебные данные (рисунок 8.7). Так формируется пакет сетевого уровня. Служебные данные предназначены для решения задач выбора маршрута и звена в нем, а также для привязки сигнального сообщения к конкретной подсистеме пользователей. Далее пакет передается в выбранное звено сигнализации, где к нему добавляются новые служебные данные. Так формируется кадр уровня звена сигнализации, который называется сигнальной единицей (СЕ).

Подсистемы пользователей могут формировать сообщения разной длины. Поэтому сигнальные единицы имеют переменную длину. В звене сигнализации могут формироваться три типа СЕ:

- значащие - ЗНСЕ (MSU);

- состояния звена сигнализации - СЗСЕ (LSSU);

- заполняющие - ЗПСЕ (FISU).


Рисунок 8.7. Формирование пакета и кадра в ОКС № 7

Значащие сигнальные единицы (ЗНСЕ) содержат либо сигнальные сообщения, либо команды управления элементами сети сигнализации. Если ЗНСЕ сформирована для управления трафиком, маршрутом или звеном сигнализации, то она не содержит пользовательских данных. Значащие СЕ переносят сигнальные сообщения пользователей между любыми двумя SP сигнальной сети.

Сигнальная единица состояния звена сигнализации переносит данные только между корреспондирующими звеньями двух смежных SP (например, между SPn и SPm на рисунке 8.6). С помощью СЗСЕ обеспечивается оповещение удаленной стороны ЗС о невозможности принимать данные из-за блокировки уровнем 3 или оператором.

Заполняющая СЕ тоже передается только в ЗС между смежными SP и позволяет контролировать исправность звена сигнализации при отсутствии требований на передачу ЗНСЕ и СЗСЕ. В форматах всех СЕ имеются одинаковые поля, обеспечивающие безошибочную передачу кадров.

Сигнальные единицы передаются независимо в каждом направлении между смежными SP, как показано на рисунке 8.8.


Рисунок 8.8. Обмен сигнальными единицами по звену сигнализации

Сообщение пользователя состоит из собственно сигнальных данных, характеризующих текущий этап установления или разъединения соединения и адресной информации (кодов пункта назначения - КПН (Destination Point Code ,DPC) и исходящего пункта - КИП (Origination Point Code, OPC)).

Формат сигнальной единицы разделён на поля. У всех 3-х типов СЕ имеется общий набор полей, которые обеспечивают безошибочную передачу информации в сигнальной сети. Характеристика этих полей будет дана ниже.

Форматы сигнальных единиц

Форматы сигнальных единиц приведены на рисунках 8.9 (ЗНСЕ), 8.10 (СЗСЕ) и 8.11 (ЗПСЕ).


Рисунок 8.9 – Основной формат значащей сигнальной единицы (MSU)


Рисунок 8.10. Основной формат СЗСЕ (LSSU)


Рисунок 8.11. Основной формат ЗПСЕ (FISU)

Опишем назначение полей всех СЕ.

1. Флаг (Ф) = 01111110 - используется в следующих целях:

а) как разделитель сигнальных единиц, следующих друг за другом в потоке; если ЗНСЕ передаются друг за другом, то флаг конца одной является также флагом начала следующей сигнальной единицы; если ЗНСЕ является одиночной и за ней следует СЕ другого типа, то она обрамляется двумя флагами (открывающим и закрывающим); если процедура обнаружения флага не находит после приема 279 байт (это характерно для национальной сигнальной сети) следующего флага, то звено сигнализации считается неработоспособным;

б) как последовательность, используемая для процесса фазирования, когда в целях восстановления доступности удаленной стороны звена сигнализации инициатор передает поток флагов и по реакции удаленной стороны принимает решение о возможности работы по данному звену;

в) как контрольная последовательность, передаваемая после получения информации о перегрузке удаленной стороны звена сигнализации.

2. Обратный порядковый номер - ОПН (Backward Sequence Number, BSN) - передается удаленной стороной ЗС в качестве подтверждения принятой без ошибок ЗНСЕ; ОПН изменяется в диапазоне от 0 до 127.

3. Прямой порядковый номер - ППН (Forward Sequence Number, FSN) - каждой ЗНСЕ присваивается уникальный ППН; на удаленной стороне звена сигнализации ППН служит для проверки правильного порядка следования ЗНСЕ (и только значащих СЕ); после безошибочного приема ЗНСЕ с ППН= i все последующие ЗНСЕ, ППН которых отличается от ППН= i+1, будут стираться, чтобы не допустить потери СЕ в звене сигнализации.

4. Обратный бит индикатор - ОБИ (Backward Indicator Bit, BIB) - используется в одном из рекомендованных ITU-T способов защиты от ошибок (основной способ) для формирования “отрицательного подтверждения”, с помощью которого источник оповещается о приеме СЕ с ошибкой.

5. Прямой бит индикатор - ПБИ (Forward Indicator Bit, FIB) - используется в процессе защиты от ошибок для информирования удаленной стороны ЗС о том, передается ли ЗНСЕ впервые или повторно.

6. Индикатор длины - ИД (Length Indicator, LI) - идентифицирует тип СЕ:

- ИД ЗНСЕ может иметь значения от 3 и выше,

- ИД СЗСЕ имеет значение 1 или 2,

- ИД ЗПСЕ равен нулю;

Индикатор длины задает количество байтов между старшим разрядом поля ИД и младшим разрядом поля проверочных битов - ПБ (Check Bits, CK).

7. Проверочные биты (ПБ) - формируются в процессе циклического кодирования сигнальной информации и добавляются к ней; удаленная сторона использует их для обнаружения ошибок.

8. Байт служебной (сервисной) информации - БСИ (Signaling Information Octet, SIO) – содержит два четырехразрядных поля. В младшем из них содержится индикатор пользователя (службы) {ИП}, а в старшем - индикатор сети (ИС). Индикатор пользователя (Service Indicator, SI) указывает тип подсистемы пользователя. Индикатор сети (Net Indicator, NI) указывает на вид сети (международная или национальная). В ППС анализируются оба поля этого байта принятой ЗНСЕ.

9. Поле сигнальной информации - ПСИ (Signaling Information Field, SIF) - здесь содержится сообщение подсистемы пользователя и этикетка (метка), включающая код исходящего пункта и код пункта назначения; в каждой подсистеме пользователя может использоваться свой формат и свое кодирование сообщений.

Объем ПСИ в национальных сигнальных сетях может достигать 272 байт, из них одиночное сообщение пользователя может содержать до 256 байтов, в остальных 16 байтах содержится этикетка и дополнительные данные, используемые на пользовательском уровне для составления информационных блоков большого объема (больше, чем 256 байтов) [65].

В СЕ состояния звена (рисунок 8.11), кроме описанных выше полей (Ф, ОПН, ОБИ, ППН, ПБИ, ИД, ПБ), имеется поле состояния - ПСО (Status Field, SF), где содержится признак состояния звена сигнализации, например, признак недоступности удаленной стороны ЗС, признак отключения процессора сетевого уровня своего или удаленного ПС и др. Как было отмечено выше, сигнальная единица этого типа передается от SPа к SPб или в обратном направлении только в тех случаях, когда звено сигнализации больше не может использоваться для передачи ЗНСЕ или не готово к приему информации.

Заполняющая СЕ (рисунок 8.12), так же, как и СЗСЕ, передается по звену сигнализации между смежными SP, когда в данном SP нет заявок на передачу ЗНСЕ или СЗСЕ.

Ответственность сети сигнализации состоит, прежде всего, в том, чтобы непрерывно контролировать исправность и готовность всех звеньев сигнализации к передаче и приему информации. Поэтому в любой момент времени в обоих направлениях по звену сигнализации передаются либо ЗНСЕ, либо СЗСЕ, либо ЗПСЕ. Благодаря этому оказывается возможным обнаруживать ошибки даже во время отсутствия запросов от подсистем пользователей.

Контрольные вопросы

  1. На каком из уровней системы протоколов ОКС № 7 формируется сигнальная единица?
  2. Назовите виды сообщений, переносимых ЗНСЕ.
  3. Имеются ли ограничения на перенос сообщений пользователей значащей сигнальной единицей между любыми двумя ПС сигнальной сети?
  4. Может ли СЗСЕ переносить сообщения между любыми двумя ПС сети сигнализации?
  5. Может ли ЗПСЕ переносить сообщения между любыми двумя ПС сети сигнализации?
  6. Изобразите формат пакета, формируемого сетевым уровнем ОКС №7.
  7. Изобразите формат кадра, формируемого звеньевым уровнем ОКС № 7.
  8. Какую информацию переносят СЗСЕ и ЗПСЕ?
  9. Назовите данные, содержащиеся в сообщении пользователя сети сигнализации.
  10. Изобразите форматы ЗНСЕ, СЗСЕ, ЗПСЕ.
  11. Каково назначение флага?
  12. Каково назначение ОПН и ППН в СЕ?
  13. Используется ли ОБИ для формирования отрицательного подтверждения при основном методе исправления ошибок?
  14. Используется ли ОБИ для запроса повторной передачи СЗСЕ?
  15. Каково назначение ПБИ в СЕ?
  16. Можно ли по содержимому индикатора длины (ИД) отличить один тип СЕ от другого?
  17. Объем какой части СЕ указан в ИД?
  18. Каково назначение проверочных битов (ПБ)?
  19. Каково содержимое байта служебной информации (БСИ)?
  20. Какой максимальный объем данных (в байтах) может содержать поле сигнальной информации (ПСИ) в национальной сигнальной сети?
  21. Каково назначение ЗПСЕ?
  22. Допустимы ли перерывы в передаче СЕ в действующем звене сигнализации?

8.4. Маршрутизация, адресация, анализ и распределение сигнальных сообщений

Маршрутизация и адресация

Значащие сигнальные единицы, в отличие от СЕ других типов, могут передаваться между любыми парами ПС сигнальной сети. Поэтому в их формате должен присутствовать адрес, называемый этикеткой (меткой) маршрутизации (ЭМ).

Если ЗНСЕ переносит сигнальную информацию подсистемы пользователей ISDN, то ЭМ содержит 4 поля (рисунок 8.12). Этикетка маршрутизации включает следующие поля, используемые для указания адресов объектов сигнальной сети:

а) код пункта назначения - КПН (DPC) - это адрес SPj, где находится требуемая подсистема пользователей (рисунок 8.14);

б) код исходящего пункта - КИП (OPC) - это адрес SPi, где находится пользовательская подсистема - источник сигнальной информации;

в) селекция звена сигнализации - СЗС (Signaling Link Selection Field, SLS) – это номер ЗС, по которому должна передаваться ЗНСЕ;

г) номер пучка информационных каналов (НПК) между АТС1 и АТС2 (пучок исходящих каналов (ПК) показан на рисунке 8.13);

д) номер канала (НК), найденного свободным на АТС1 (найденный свободный канал (К) в пучке помечен на рисунок 8.13).

Значащие СЕ могут переносить также информацию управления сетью сигнализации, в этом случае протокол сетевого уровня записывает в поле сигнальной информации команду управления трафиком, маршрутом или звеном сигнализации. Значащие сигнальные единицы, переносящие команды управления сигнальной сетью, используются только в пределах сигнальной сети и к подсистемам пользователей не имеют отношения. Этикетка маршрутизации этих ЗНСЕ имеет длину 32 разряда (рисунок 8.14).

Поле селекции звена сигнализации (SLS), имеющее длину 4 разряда, предназначено для указания номера звена, по которому требуется передать ЗНСЕ.


Рисунок 8.12 – Формат этикетки маршрутизации


Рисунок 8.13. Передача ЗНСЕ, переносящей данные о номерах пучка и свободного информационного канала, закрепленного за пользователем

Выделение для КПН 14-ти разрядов позволяет организовать в одной сигнальной сети до 16384 пунктов сигнализации. Для маршрутизации ЗНСЕ необходимо указать не только КПН, но и вид сети, к которой должно быть направлено сигнальное сообщение.

Информация о виде сети содержится в старшей тетраде SIO (в индикаторе сети - NI). Коды NI таковы:

D C B A

- биты NI

0 0

x x

- международная сеть

0 1

x x

- в резерве (только для международного применения)

1 0

x x

- национальная междугородная сигнальная сеть

1 1

x x

- национальная местная сигнальная сеть

При маршрутизации используются только разряды C и D, разряды А и В зарезервированы для использования в будущем.

В одном SP может быть организовано несколько пучков звеньев, в каждом из которых может быть два и более звена сигнализации. Так, например, на рисунке 8.6 между SPm и SPn используется пучок из двух звеньев. На рисунке 8.15 показано два пучка звеньев, в одном из них используется два, а в другом - три звена сигнализации.

Управление трафиком в пределах пучка звеньев обеспечивается с помощью кода SLS (рисунок 8.15).


Рисунок 8.14. Этикетка маршрутизации в ЗНСЕ, переносящей команду управления сетью сигнализации


Рисунок 8.15. Организация пучков звеньев сигнализации в ПСа (SPa)

Анализ сигнальных сообщений

В процессе приема значащих СЕ протокол 3-го (сетевого) уровня выполняет их анализ. Под анализом понимают процесс принятия решения о том, должна ли принятая ЗНСЕ направляться к подсистеме пользователя данного ПС или для нее необходимо указать новый маршрут в соответствии с КПН ее метки маршрутизации и данными маршрутной таблицы принимающего ПС (рисунок 8.16).


Рисунок 8.16. Анализ сигнальных сообщений на сетевом уровне ОКС № 7

Распределение сигнальных сообщений

Если КПН принятой ЗНСЕ соответствует коду данного ПС (например, ПСа на рисунке 8.16), то процедура отбора направляет сообщение процедуре распределения, которая по содержимому SIO (индикатор пользователя - SI) направляет сообщение соответствующей подсистеме пользователя 4-го уровня.

Рассмотрим такой вариант, когда ЗНСЕ переносит сигнальную информацию для подсистемы пользователей ISDN. Как показано на рисунке 8.12, в этикетке маршрутизации имеются поля “НК” и “НП”, по содержимому которых в подсистеме пользователей ISDN однозначно идентифицируется требуемый пользователь.

Контрольные вопросы

  1. Возможна ли пересылка ЗПСЕ между любыми двумя пунктами в сигнальной сети?
  2. Возможна ли пересылка СЗСЕ между любыми двумя пунктами в сигнальной сети?
  3. Каково назначение этикетки маршрутизации (ЭМ) в ЗНСЕ?
  4. Сколько двоичных разрядов отведено в ЭМ для кода пункта назначения (КПН)?
  5. Каково назначение поля селекции звена сигнализации (SLS)?
  6. Можно ли записать в поле SLS код 100002?
  7. Каково максимальное количество пунктов сигнализации, которое можно организовать в одной сигнальной сети?
  8. Укажите наименование поля в ЗНСЕ, в котором определен тип сети (международная, национальная междугородная, национальная местная), куда должна быть передана данная ЗНСЕ.
  9. На каком протокольном уровне системы сигнализации № 7 реализуется классификация (селекция) принимаемых сигнальных сообщений?
  10. На каком протокольном уровне системы сигнализации № 7 реализуется распределение принимаемых сигнальных сообщений?
  11. На каком протокольном уровне системы сигнализации № 7 реализуется маршрутизация принимаемых сигнальных сообщений?

8.5. Процедуры защиты от ошибок

Роль флагов

Защита от ошибок обеспечивается протоколом 2-го уровня. Как было показано в п. 8.1, заголовок для всех типов сигнальных единиц является одинаковым: флаги, поля ОПН, ОБИ, ППН, ПБИ, ИД, ПБ. Если за принятым флагом непосредственно не следует другой флаг, то он считается открывающим, то есть началом СЕ. Если после приема некоторого количества байтов (не менее пяти - это соответствует длине ЗПСЕ) снова принят флаг, то он считается закрывающим.

Флаг является уникальной последовательностью с шестью идущими друг за другом единицами между двумя нулями (E7`HEX). Прием семи и более единиц подряд квалифицируется как сбой в работе звена сигнализации. С этого момента запускается подсчет принимаемых байтов и начинается поиск правильного флага. Теперь все биты, принятые после последнего неискаженного флага и перед следующим правильным флагом, стираются. Подсчет принимаемых байтов отменяется только после приема без ошибок ЗНСЕ с ожидаемым значением ППН.

Между двумя передаваемыми флагами не должно быть последовательностей, имитирующих флаг. Для этого передающая часть оконечного устройства звена сигнализации вставляет нуль после каждой последовательности из пяти единиц (битстаффинг), а приемная часть, обнаружив и отделив флаг, исключает нуль после каждой последовательности из пяти единиц.

После этого выполняется проверка длины принятой СЕ. Принятая последовательность битов должна делиться на 8 и содержать не менее 6 байтов, включая открывающий флаг. При невыполнении этого условия все принятые символы стираются и содержимое счетчика количества ошибок в СЕ увеличивается на единицу.

Может оказаться, что до приема закрывающего флага поступило более чем (m+7) байтов. Величина m - это максимальная длина SIF (в байтах), которая разрешена в данном звене сигнализации (62 - в международной сети и 272 - в национальной). В этом случае СЕ стирается и начинается подсчет байтов до приема очередного флага.

Проверочные биты

С целью обнаружения ошибок кратности 2 и более на передающей стороне ЗС формируется 16 проверочных битов по алгоритму циклического кодирования, при этом используется образующий полином вида:

P(x) = X16 + X12 + X5 + 1.

Алгоритм формирования проверочных битов приведен в [29, стр. 29]. Проверочные биты присоединяются к СЕ во время передачи после старшего разряда поля сигнальной информации. В приемной части оконечного устройства звена сигнализации выполняется декодирование принятой СЕ после сбрасывания флагов и удаления нулей, вставленных удаленной передающей стороной для предотвращения имитации ложных флагов. Сравнение полученного остатка после декодирования и проверочных битов принятой СЕ позволяет установить наличие искажений.

Контрольные вопросы

  1. Введите наименования полей, которые являются общими для всех типов сигнальных единиц.
  2. Пусть после обнаружения правильного флага в приемной части оконечного устройства звена сигнализации принята последовательность из семи единиц. Будет ли анализироваться принимаемое сообщение до обнаружения нового флага?
  3. Для чего передающая часть оконечного устройства звена сигнализации вставляет между двумя флагами очередной СЕ "нуль" после любой встречающейся последовательности из пяти единиц?
  4. Может ли СЕ содержать 12,5 байта?
  5. Какова максимальная длина ЗНСЕ в международной сети сигнализации?
  6. Какова максимальная длина ЗНСЕ в национальной сети сигнализации?
  7. Каков порядок образующего полинома, используемого при кодировании сообщений в системе сигнализации № 7?
  8. Сколько проверочных битов имеется в формате любой СЕ ОКС № 7?

8.6. Способы защиты от ошибок

Основной (базовый) метод защиты от ошибок

В [65] рекомендовано использование двух методов защиты от ошибок:

- основного (базового);

- превентивного циклического повторения – ПЦП (Preventive Cyclic Retransmission, PCR).

Оба метода могут использоваться в одной и той же сигнальной сети, но в различных звеньях. Основной метод используется в тех звеньях, где время распространения сигнала Тр < 15 мс (такая величина характерна для наземных линий связи). Метод ПЦП используется при Тр>15 мс (такая величина характерна для спутниковых трактов). В одном звене сигнализации может применяться только один из этих методов.

Базовый метод защиты в ОКС № 7 аналогичен принципу, реализованному в процедуре HDLC протокола X.25 [38]. Сущность этого принципа такова:

1) каждая ЗНСЕ однозначно определяется значением ППН в диапазоне от 0 до 127 (рисунок 8.17);

2) с помощью ПБИ в передаваемой СЕ указывается, имеет ли место повторная передача или СЕ передается впервые;

3) подтверждение (положительное или отрицательное) принятой СЕ обеспечивается с помощью ОПН и ОБИ в той СЕ, которая передается в обратном направлении; этой СЕ может быть как ЗНСЕ, так и ЗПСЕ.


Рисунок 8.17. Нумерация ЗНСЕ при передаче от ПСа к ПСб

"Положительное подтверждение” передается удаленной стороной звена сигнализации при отсутствии ошибок в принятой СЕ. "Отрицательное подтверждение " передается удаленной стороной при приеме СЕ с ошибкой.

Звено сигнализации обязано предотвращать потерю СЕ. Если в канале возникает прерывание, то это приводит к искажениям СЕ. Для предотвращения потери СЕ обе стороны ЗС должны находиться в сфазированном состоянии. Это означает следующее:

а) начало отсчета ППН на обеих сторонах звена сигнализации должно начинаться с нуля;

б) если приемной частью оконечного устройства звена сигнализации ЗНСЕ принята без ошибок с ППН = L и ПБИ = 1, а перед этим была принята тоже без ошибок и подтверждена ЗНСЕ с ППН = (L - 1) и ПБИ = 1, то передающая часть этого же оконечного устройства выдает положительное подтверждение с ОПН = L и ОБИ = 1; приемная часть рассматриваемого оконечного устройства посылает передающей части значение ППН последней принятой СЕ и отметку "ошибок нет" (рисунок 8.19);

в) если приемной частью оконечного устройства звена сигнализации ЗНСЕ принята без ошибок с ППН = L и ПБИ = 1, то поступление последующих СЕ с ППН, не равным (L+1), должно приводить к их стиранию и формированию отрицательного подтверждения, в котором ОПН = L и значение ОБИ = 0 (ПБИ последней принятой без ошибок ЗНСЕ инвертируется);

г) если на удаленную сторону ЗС передано отрицательное подтверждение с ОПН = L и ОБИ = 0, то все вновь принимаемые ЗНСЕ должны иметь ПБИ = 0. Благодаря выполнению этих требований предотвращаются потери СЕ.


Рисунок 8.18. Обмен сообщениями при отсутствии ошибок

Рассмотрим процессы обмена сообщениями по ЗС в условиях, когда отсутствуют искажения ЗНСЕ. Пусть интенсивность сигнального трафика в рассматриваемом звене сигнализации такова, что из ПСа непрерывно передаются ЗНСЕ с ПБИ = 0 и ППН = 20,21,22,23... (рисунок 8.19).


Рисунок 8.19. Циклическая передача сигнальных единиц

Время распространения сигнала в канале может быть большим (в наземных линиях связи до 15 мс), поэтому неподтвержденные ЗНСЕ запоминаются в буфере повторной передачи (БПП). В этом буфере может быть до 128 мест. Сохранение ЗНСЕ в БПП обеспечивает повторную их передачу при искажениях или потере в звене сигнализации.

Пусть ПСб передает по звену сигнализации значащие сигнальные единицы с ППН = 44,45,46.... (рисунок 8.20). Эти СЕ переносят, как значимую для пользователей информацию, так и положительные (или отрицательные) подтверждения. Вставление этих подтверждений в кадры, содержащие данные своих пользовательских подсистем, обеспечивается информационной связью приемной и передающей частей оконечного устройства звена сигнализации (эта связь показана на рисунке 8.20 линией со стрелкой).

При безошибочном приеме в ПСб значащей СЕ с ППН=21 и ПБИ=0 передаваемое в обратном направлении положительное подтверждение характеризуется двумя параметрами: ОПН=21 и ОБИ=0. Только после получения этого подтверждения в ПСа можно стереть из буфера повторной передачи СЕ с ППН=21. Основной метод защиты от ошибок допускает получение положительного подтверждения не на каждую СЕ: удаленная сторона ЗС, приняв без ошибок несколько подряд следовавших СЕ, может подтвердить безошибочный прием этой группы, записав в поле ОПН одной из СЕ, передаваемых в обратном направлении, значение ППН самой старшей из них. Такой вариант предполагает возможность стирания из БПП ПСа всей этой группы СЕ.

Рассмотрим процессы обмена в ЗС при искажении ЗНСЕ.

На рисунке 8.21 показано, что ЗНСЕ с ППН = 22 претерпела искажение при передаче по звену сигнализации. Из ПСб передается отрицательное подтверждение, сигнализирующее о приеме ЗНСЕ с искажением, в нем значение ОПН=21 указывает, что последняя ЗНСЕ без искажений имела ППН=21. Дополнительно инвертируется значение ПБИ последней значащей сигнальной единицы, принятой без искажений, и записывается в поле ОБИ подготовленной к отправке ЗНСЕ с ППН=46.


Рисунок 8.20. Обмен подсистем передачи и приёма на звеньевом уровне при отсутствии искажений ЗНСЕ


Рисунок 8.21. Обмен подсистем передачи и приёма на звеньевом уровне при наличии искажений ЗНСЕ

Контрольные вопросы

  1. Каково назначение ПБИ при использовании базового метода защиты от ошибок?
  2. Возможна ли последовательная передача в одном звене сигнализации двух ЗНСЕ с одинаковыми порядковыми номерами и разными ПБИ?
  3. Что значат термины “положительное подтверждение” и “отрицательное подтверждение”?
  4. Для чего необходимо запоминать ЗНСЕ в буфере повторной передачи (БПП)?
  5. Каково максимальное количество мест в БПП?
  6. Для чего необходима информационная связь между проемной и передающей частями оконечного устройства звена сигнализации?
  7. При каких условиях возможно стирание ЗНСЕ из БПП?
  8. Каким требованиям нужно удовлетворить при базовом методе защиты от ошибок, чтобы предотвратить потерю ЗНСЕ?
  9. Чем регламентируется выбор того или иного метода защиты от ошибок в звене сигнализации?
  10. Каково значение ППН первой ЗНСЕ, передаваемой в ЗС сразу после ввода его в эксплуатацию?

Метод защиты от ошибок путем превентивного циклического повторения ЗНСЕ

Этот метод защиты рекомендован при величине задержки распространения сигнала в звене сигнализации, превышающей 15 мс, что характерно для спутниковых линий (рис. 8.22). Для увеличения пропускной способности ЗС, использующего такую линию, все имеющиеся в БПП ЗНСЕ передаются циклически до тех пор, пока не будет получено положительное подтверждение. Это подтверждение может относиться ко всем ранее переданным ЗНСЕ или лишь к одной или части из них.

Пример

Пусть из ПСа переданы ЗНСЕ с ППН = 11,12,13,14,15. В ответ от ПСб получено положительное подтверждение с ОПН = 14. В этом случае из БПП в ПСа будут стираться только ЗНСЕ с ППН = 14,13,12,11 , а ЗНСЕ с ППН = 15 должна передаваться снова до получения положительного подтверждения с ОПН = 15.

Поскольку этот метод не предполагает использование отрицательного подтверждения, анализ значений ПБИ и ОБИ в ЗНСЕ не требуется. Это позволяет упростить протокол звена сигнализации и увеличить его пропускную способность.


Рисунок 8.22. Обмен по звену сигнализации с использованием спутника по способу пре-вентивного циклического повторения ЗНСЕ

Контрольные вопросы

  1. При каких условиях в звене сигнализации используется метод превентивного циклического повторения ЗНСЕ?
  2. Анализируется ли содержимое полей ПБИ и ОБИ при использовании метода превентивного циклического повторения ЗНСЕ?
  3. Используется ли “отрицательное подтверждение” при применении метода превентивного циклического повторения ЗНСЕ?

Контроль интенсивности ошибок в ЗНСЕ

В состав протоколов 2-го уровня входит процедура контроля частоты ошибок в принятых ЗНСЕ. В Рекомендации Q.703 эта процедур названа монитором интенсивности ошибок в сигнальных единицах – МИОСЕ (Signaling Unit Error Rate Monitoring, SUERM). Приемная часть оконечного устройства звена сигнализации сообщает этой процедуре о каждой ЗНСЕ с ошибкой (рисунок 8.23).


Рисунок 8.23. Учёт ошибок при приёме СЕ

Как только частота ошибок превысит оговоренный порог, протокол управления состоянием звена (УСЗ) оповещает об этом систему управления сетью сигнализации (Ур. 3). Это сообщение квалифицируется как отказ звена сигнализации. С этого момента сетевой уровень не будет посылать отказавшему звену сигнальные сообщения. Если отказ звена зафиксирован в ПСа, то УСЗ формирует СЕ состояния звена (СЗСЕ) и передает ее своей передающей части. Благодаря этому ПСб оповещается об отказе данного звена сигнализации (непрерывно до восстановления работоспособности данного звена передаются СЗСЕ, переносящие индикацию "НЕ РАБОТАЕТ"- СИНР). Если ПСб передает такой же отклик, начинается процедура фазирования, инициируемая протоколом управления вхождением в связь (УВС).

Контрольные вопросы

  1. На каком протокольном уровне (Ур. 1, Ур. 2, Ур. 3, Ур. 4) системы сигнализации № 7 функционирует процедура контроля частоты ошибок в ЗНСЕ?
  2. При каких условиях протокол сетевого уровня (Ур. 3) квалифицирует звено сигнализации как отказавшее?
  3. Необходимо ли оповещение удаленной стороны звена сигнализации о недопустимо высоком уровне ошибок в ЗНСЕ?

Начальное и повторное фазирование

Процедура начального фазирования (вхождения в связь) запускается при первоначальном вводе звена сигнализации в действие или в процессе восстановления после отказа (повторное фазирование). Начало фазирования определяется протоколом сетевого уровня, но все функции восстановления работоспособности реализуются протоколом звена сигнализации (рисунок 8.24). Во время фазирования ЗС не требуется использовать другие звенья сигнализации.


Рисунок 8.24. Взаимосвязь сетевого и звеньевого уровней в процессе вхождения в связь

В процедуре вхождения в связь используется пять разных индикаций:

  • индикация состояния “отключено” “О” (Status Indication "O": Out of Alignment);
  • индикация состояния “нормальное фазирование” “Н” (Status Indication "N": "normal" Alignment Status);
  • индикация состояния “аварийное фазирование” “А” (Status Indication "E": "Emergency" Alignment Status);
  • индикация состояния “не работает” “НР” (Status Indication "OS": Out of Service);
  • индикация состояния “Занято” – “СИЗ” (Status Indication “Busy”, SIB).

Эти индикации передаются в поле состояния (ПСО) сигнальной единицы состояния звена сигнализации. Индикация состояния “О” передается в том случае, когда вхождение в связь началось, но ни одна из индикаций “О”, “Н” или “А” не принята от удаленного оконечного устройства ЗС. Индикация состояния “Н” передается в том случае, когда после начала вхождения в связь принимаются индикации состояний “О”, “Н” или “А” и оконечное устройство находится в состоянии “Н”.

Индикация состояния “А” передается в том случае, когда после начала вхождения в связь принимаются индикации состояний “О”, “Н” или “А” и оконечное устройство находится в состоянии “А”, то есть должен использоваться короткий период проверки ЗС.

Индикация состояния “НР” передается в том случае, когда необходима инициализация процесса нового фазирования.

Индикация состояния “СИЗ” передается в том случае, когда интенсивность принимаемых ЗНСЕ превышает производительность процессора сетевого уровня. Инициатор посылает LSSU с индикацией типа “СИЗ” в противоположном направлении в течение не более Т6=6 сек с интервалами Т5=100 мс.

Во время вхождения в связь процедура фазирования проходит ряд состояний:

  • состояние 00, процедура приостановлена;
  • состояние 01, “не сфазировано”, звено сигнализации не сфазировано и оконечное устройство передает индикацию состояния “О”; отсчет времени T2 в состоянии “не сфазировано” (таймер T2 = 5-150 с) начинается после вхождения в состояние 01 и прекращается после выхода из этого состояния;
  • состояние 02, “сфазировано”, звено сигнализации сфазировано и оконечное устройство передает индикацию состояний “Н” или “А”, индикация состояний “Н”, “А” или “НР” не принимается; отсчет времени T3 в состоянии “сфазировано” (таймер T3 = 1-2 с) начинается после вхождения в состояние 02 и прекращается после выхода из этого состояния;
  • состояние 03, “проверка”, оконечное устройство передает индикацию состояний “Н” или “А”, индикация состояний “О” или “НР” не принимается, период проверки начался;
  • если процедура фазирования и период проверки завершились успешно, оконечное устройство переходит в состояние “сфазирован/готов”; запускается таймирование T1 “фазирование реализовано” (T1 = 40-50 с, при V=64 Кбит/с), которое прекращается после перехода в состояние “работа” (In-service state); длительность таймирования T1 должна обеспечить удаленному оконечному устройству возможность предпринять четыре новые попытки проверки.

До начала фазирования обе стороны ЗС передают СЗСЕ с индикацией "не работает" - СИНР (Status Indication "OS" ("out of service"), SIOS). Любая сторона звена сигнализации может начать фазирование. Инициатор фазирования (например, ПСа) начинает передавать СЗСЕ с индикатором "ОТКЛЮЧЕНО" - СИО (Status Indication "O", SIO), вместо ранее передававшейся индикации "не работает" (СИНР). Как только ПСб примет в первый раз СЗСЕ с индикатором "отключено", он также начинает передавать СЗСЕ с этим индикатором (рисунок 8.26). С этого момента инициатор фазирования начинает отсчет времени проверки ЗС (оно ограничено величиной Pn = 216 времени передачи байтов, то есть: 8.2 секунды) и ведет контроль количества принятых СЗСЕ с ошибкой, эту функцию реализует монитор интенсивности ошибок при вхождении в связь - МИОСЕ (Signal Unit Error Rate Monitor, SUERM). Об окончании времени, отведенного на процесс вхождения в связь, протокол Ур. 2 сообщает протоколу Ур. 3.


Рисунок 8.25. Передача и приём индикации СИНР и СИО в процессе фазирования

Контрольные вопросы

  1. Каково назначение процедуры фазирования звена сигнализации?
  2. Для чего может потребоваться повторное фазирование звена сигнализации?
  3. Протокол какого из уровней инициирует фазирование звена сигнализации?
  4. Необходим ли в процессе фазирования контроль верности обмена сообщениями?
  5. От чего зависит выбор одного из возможных интервалов проверки звена сигнализации в процессе фазирования (T=0,5 с или T= 8,2 с)?

Контроль перегрузки в звене сигнализации

Контроль перегрузки в блоке управления передачей

Если в блоке управления передачей (рисунок 8.26) звена сигнализации количество ЗНСЕ достигло установленного предельного значения, и нет возможности передать часть сигнального трафика на другие звенья, то протокол 3-го уровня передает в подсистему пользователей, создающую высокий трафик, указание об ограничении количества устанавливаемых исходящих соединений. Для этого подсистема пользователей должна временно ограничить количество принимаемых на обслуживание вызовов.

Контроль перегрузки в блоке управления приемом

Напомним, что подсистема управления сетью сигнализации в любом ПС или ТПС является общей для группы звеньев сигнализации (от 2 до 16). Производительность при обработке СЕ, поступающих от всех звеньев, ограничена. Протокол контроля перегрузки (КП) блока управления приемом (рисунок 8.26) обнаруживает моменты, когда интенсивность принимаемых ЗНСЕ превышает производительность процессора сетевого уровня. С этого момента блок управления передачей начинает передавать (по заявке блока управления приемом) СЗСЕ с индикацией "ЗАНЯТО" (СИЗ) в течение T5 = 80-120 мс (Timer "sending SIB"). Этого времени достаточно в условиях отсутствия отказов, чтобы удаленная сторона могла отреагировать на полученную индикацию "ЗАНЯТО". До получения этой реакции инициатор передачи "ЗАНЯТО" прекращает передачу своих ЗНСЕ, накапливая их в буфере передачи (БП). Длительное отсутствие реакции удаленной стороны на предупреждение о перегрузке может привести к перегрузке собственного буфера повторной передачи. На удаленном окончании ЗС каждый прием сигнальной единицы состояния звена, содержащей индикацию "ЗАНЯТО", вызывает перезапуск таймера T7, отсчитывающего время окончания ожидания подтверждения приема (Timer "excessive delay of acknowledgement", T7 = 0.5-2 с).


Рисунок 8.26. Контроль перегрузки на звеньевом уровне

Приемный конец при перегрузке задерживает также подтверждения для всех поступающих сигнальных единиц. В условиях кратковременной перегрузки передающий конец не отключает звено сигнализации из-за отсутствия подтверждений. Однако если состояние перегрузки продолжается слишком долго (более 6 с.), то передающий конец считает такое звено поврежденным.

Контрольные вопросы

  1. По какому признаку определяется перегрузка в блоке управления передачей звена сигнализации?
  2. Какие меры предпринимаются в условиях перегрузки в блоке управления передачей звена сигнализации?
  3. Необходимо ли оповещать удаленную сторону звена сигнализации о факте перегрузки в блоке управления приемом рассматриваемого пункта сигнализации (ПС)?
  4. Необходимо ли прекращать передачу ЗНСЕ, имеющихся в буфере повторной передачи (БПП) рассматриваемого ПС, если была зафиксирована перегрузка в блоке управления приемом?
  5. Чем чревата длительная (более 6 секунд) задержка передачи значащих сигнальных единиц, имеющихся в БПП, при обнаружении перегрузки в блоке управления приемом?

Прохождение сигнальных единиц на уровне звена сигнализации

Прием СЕ без ошибок

Последовательность битов от уровня 1 звена данных сигнализации принимается блоком защиты от ошибок, деления по форматам и изъятия флагов (рисунок 8.27).

Здесь происходит декодирование с целью обнаружения ошибок в принимаемых СЕ. Сигнальные единицы без ошибок передаются в блок управления приемом (БПр). Блок управления приемом проверяет значение индикатора длины (ИД) для определения типа принятой СЕ. Содержимое полей ППН, ОПН и ОБИ принятой СЕ передается в блок управления передачей (БПер). Из буфера повторной передачи (БПП) происходит стирание ЗНСЕ, имеющей тот же ППН, что и ОПН принятой СЕ (ППН=ОПН=Y), а также тот же ПБИ, что и ОБИ принятой СЕ (ПБИ=ОБИ=Z). В БПП хранятся все ЗНСЕ, если они были переданы хотя бы один раз. Кроме этих действий, БПер вставляет в очередную СЕ, которая может быть значащей, заполняющей или СЗСЕ, подтверждение принятой без ошибок СЕ. Если ИД принятой СЕ соответствует ЗНСЕ (ИД >2), то БПр передает содержимое ПСИ и БСИ значащей СЕ без ошибок в подсистему обработки сигнальных сообщений на Ур.3.


Рисунок 8.27. Функции протоколов 2-го уровня ОКС № 7

Если в ПС принята СЗСЕ (ИД=1), то содержимое ее поля ПСО передается в "Блок управления состоянием звена сигнализации" (БУСЗ). Этот блок информирует о содержимом ПСО подсистему управления сетью сигнализации. Здесь принимается решение о возможности дальнейшего использования данного звена сигнализации для передачи сигнальных сообщений.

Прием СЕ с ошибками

Данные обо всех СЕ, принятых с ошибками, передаются в "Монитор интенсивности ошибок в СЕ" (МИОСЕ). В этом блоке определяется доля СЕ с ошибками в течение контролируемого периода. Если уровень ошибок превышает установленный порог, то МИОСЕ формирует сигнал "ОТКАЗ ЗВЕНА" и передает его в БУСЗ. Разумеется, СЕ с ошибками не передаются в БПр.

Контрольные вопросы

    1. Содержимое каких полей ЗНСЕ, принятой без ошибок, передается в блок управления передачей из блока управления приемом?
    2. Для решения каких задач используется непосредственная информационная связь между блоками управления приемом и передачей одного оконечного устройства ЗС?
    3. При каких условиях разрешено стирание ЗНСЕ, хранящейся в БПП?
    4. Может ли положительное подтверждение о приеме ЗНСЕ без искажений передаваться с помощью ЗПСЕ или СЗСЕ?
    5. Содержимое каких полей ЗНСЕ передается протоколу сетевого уровня?
    6. Каково назначение монитора интенсивности ошибок в ЗНСЕ (МИОСЕ)?
    7. Какова реакция МИОСЕ на высокий (выше заданного порога) уровень ошибок в ЗНСЕ?

8.7. Методология проектирования ОКС № 7

Расчет сигнального трафика

Расчет сигнального трафика выполняется в соответствии с методикой, приведенной в РТМ по проектированию коммутационного оборудования с функциями ОКС № 7 и ISDN (утвержденной МС РФ в 1997 г. [68]). Использование данной методики дает достаточно точную оценку сигнальной нагрузки, так как учитывает несколько параметров, которые могут быть получены в результате обработки статистических данных оператором сети. Расчет сигнального трафика выполняется по формуле (8.1).

Y=(Kувну)/8000, ……………………….. (8.7.1)

где

K=Ni,j· MСЕ· LСЕ

Nувi,j = С· A· Xув/Tув - число удачных вызовов в секунду, приходящихся на пучок информационных каналов емкостью С между двумя станциями сети;

Nну i,j= C· A· (1-Xув)/Tну - число неудачных вызовов в секунду, приходящихся на пучок информационных каналов емкостью С между двумя станциями сети;

C - число информационных каналов, обслуживаемых конкретным пучком звеньев сигнализации;

A - средняя нагрузка (Эрл) на информационный канал;

MувСЕ - средне число сигнальных единиц, которыми обмениваются пункты сигнализации (SP) для обслуживания удачных вызовов;

MнуСЕ - среднее число СЕ, которыми обмениваются SP для обслуживания неудачных вызовов;

Lув СЕ - средняя длина СЕ (в байтах) для удачных вызовов;

Lну СЕ - средняя длина СЕ (в байтах) для неудачных вызовов;

TувСЕ - среднее время занятия информационных каналов (в секундах) для удачных вызовов;

TнуСЕ - среднее время занятия информационных каналов (в секундах) для неудачных вызовов;

Xув - число от 0 до 1, являющееся отношением количества удачных вызовов к общему количеству поступавших вызовов. В соответствии с РД 45.196-2001 [69] для местных и внутризоновых сетей общего пользования Xув = 1/2.5=0.4.

Расчет задержки СЕ в звене сигнализации ОКС № 7

Пусть в ЗС передается два потока СЕ пуассоновского типа:

  1. ЗНСЕ с интенсивностью l ЗН и средней длительностью ` TЗН ;
  2. ЗПСЕ с интенсивностью l ЗП и длительностью TЗП.

Значащие СЕ поступают в очередь ожидания, а ЗПСЕ передаются без перерыва друг за другом в условиях отсутствия заявок на передачу ЗНСЕ. На рисунке 8.28 приведена схема системы массового обслуживания (СМО) с двумя потоками СЕ и одним обслуживающим прибором.


Рисунок 8.28. Схема системы массового обслуживания с двумя потоками СЕ и одним обслуживающим прибором

Нагрузка b звена сигнализации складывается из нагрузки b ЗН, создаваемой потоком ЗНСЕ, и из нагрузки b ЗП, создаваемой потоком ЗПСЕ:

b ЗН = l ЗН * TЗН ; b ЗП = l ЗП * TЗП ; b =b ЗН + b ЗП =1…………………(8.7.2)

Примем без доказательства [24] зависимость среднего времени ожидания начала передачи ЗНСЕ в очереди (E(W ЗН)) от TЗП , l ЗН, b ЗП (8.7.3).

E(W ЗН) = 0,5* ( TЗП + l ЗН * E(t 2ЗН)/(1 - b ЗН)), …………. ………….(8.7.3)

где

W ЗН – случайная величина длительности ожидания ЗНСЕ,

t ЗН – случайная величина длины ЗНСЕ,

E(t 2ЗН) – дисперсия длины ЗНСЕ.

Для упрощения расчета будем считать, что все ЗНСЕ имеют одинаковую длину Тзн. В этом случае можно перейти к модели очереди типа M/D/1, где М обозначает входящий поток требований Пуассона, D – детерминированную длительность обслуживания, 1 – однолинейную СМО. Из этого следует, что математическое ожидание квадрата постоянной величины равно квадрату этой величины, то есть E(t 2ЗН) = T2ЗН. Для того чтобы найти среднюю задержку ЗНСЕ E(T), необходимо к среднему времени ожидания в очереди прибавить время передачи ЗНСЕ (Тзн).

После подстановки в (8.7.3) l ЗН = b ЗН /TЗН и E(t 2ЗН) = T2ЗН получим среднюю задержку:

E(T)=0,5* TЗП + TЗН + (l ЗН* (b ЗН)/2(1 - b ЗН) ……………………………..(8.7.4)

Если нагрузка, создаваемая потоком ЗНСЕ, мала (b ЗН » 0), то средняя задержка будет определяться только временем передачи ЗНСЕ и половиной времени передачи ЗПСЕ (8.7.5).

E(T)=0,5* TЗП + TЗН + (l ЗН * (b ЗН)/2(1 - b ЗН) @ 0,5* TЗП + TЗН…………(8.7.5)

Этот случай соответствует непрерывной передаче ЗПСЕ с эпизодическим появлением значащих сигнальных единиц, средняя задержка которых определяется половиной длительности ЗПСЕ и временем передачи ЗНСЕ.

Пример. Исходные данные: 1) TЗП = 0,75 мс; 2) TЗН = 2,0 мс.

E(T) @ 0,5 * TЗП + TЗН = 0,375 + 2,0 = 2,375 (мс)

В условиях, когда b ЗН = 0,5, средняя задержка E(T) = 3,375 мс. Этот результат согласуется с данными, приведенными в Рекомендации ITU-T Q.706.

9. Принципы доставки информации

9.1. Атрибуты телетрафика

Мультисервисная сеть должна гарантировать предоставление услуг с определенным качеством для каждого требования, обеспечивая семантическую и временную прозрачность соединения.

Семантическая прозрачность - это способность сети обеспечивать доставку информации от источника к адресату с приемлемым для данной службы уровнем ошибок.

Временнáя прозрачность - свойство сети обеспечивать такие значения задержки и дро-жания (джиттера) задержки, которые удовлетворяют требованиям качества обслуживания пользователей.

Требования к семантической прозрачности

Любые реальные системы передачи вносят ошибки, вызываемые, например, помехами, искажениями сигналов, шумами, замираниями, частота и природа которых могут быть различными. Уровень ошибок определяет верность приема информации. Качество цифровых систем передачи (ЦСП) определяется коэффициентом ошибок по битам (КОБ), величина которого сходится к вероятности ошибочного приема двоичного символа РОБ [2]:

(9.1)

где nОБ - количество принятых битов с ошибками;

nS - общее количество битов, переданных источником.

В сетях с пакетной коммутацией используется показатель качества - вероятность искажения пакета РПАК:

(9.2)

Последствия ошибок при пакетной коммутации приводят к потере пакетов или к передаче их не по назначению. Вероятность потери пакета РПП из-за ошибок маршрутизации или перегрузок буферов в коммутационных узлах определяется выражением:

(9.3)

где nПП - количество потерянных пакетов;
nS ПАК - общее количество переданных пакетов.

Вероятность ошибочной доставки пакета РОД из-за искажения заголовка (при достаточно большом времени наблюдения) определяется выражением:

(9.4)

где nОД - количество пакетов, доставленных не по адресу;
nS ПАК - количество пакетов, принятых за время t.

Ошибки возникают как из-за нарушений функционирования технических средств доставки информации, так и в процессе передачи в физической среде.

Требования к временнóй прозрачности

Задержка доставки - это интервал между началом передачи пакета (кадра) источником и окончанием приема получателем. Требованиям к времени доставки очень важно удовлетворить для тех служб, которые предоставляют услуги в реальном времени, а именно: телефонии, видеотелефонии, организации распределенных вычислений.

Случайная величина времени задержки tз в сети представляет собой сумму случайных значений задержки в объектах сети, через которые проходит виртуальное соединение (звенья, коммутационные устройства) и определяется следующим соотношением:

(9.5)

где M – количество звеньев в виртуальном соединении;

N – количество узлов коммутации;

tзпак – время пакетизации (ввода информации пользователя в фрейм (кадр или пакет), подлежащий передаче);

tpз,i – время распространения сигнала в i-ом звене;

tкомз,j – время обслуживания фрейма в j-ом коммутационном устройстве в условиях отсутствия очереди;

tочз,j – время ожидания фрейма в очереди в j-ом коммутационном устройстве.

Это соотношение представляет собой адекватную модель времени задержки, если процессы обработки в коммутационных устройствах и доставки в отдельных звеньях являются статистически независимыми. Для установленного виртуального соединения три составляющих времени доставки - задержка пакетизации, распространения и обслуживания фреймов в коммутационном устройстве при отсутствии очереди - практически постоянны. Поэтому обоснованным является предположение о том, что дисперсия времени доставки определяется в основном дисперсией времени ожидания в очередях коммутационных устройств данного виртуального соединения. На этом основании считают, что джиттер времени доставки определяется только очередями в коммутационных устройствах, где фреймы ожидают передачи в требуемом направлении.

Требования разных служб к качеству доставки информации (семантической и временной прозрачности) могут существенно отличаться друг от друга, что показано в таблице 9.1.

Табл. 9.1. Требования служб к качеству доставки информации

Вид службы

Вероятность ошибки на бит

Вероятность потери фрейма

Вероятность ошибки адресации

Задержка, мс

Телефонная

10-7

10-3

10-3

25мс/500мс

Передача данных

10-7

10-6

10-6

50мс/1000мс

Управление обработкой в распределенных базах данных

10-5

10-3

10-3

1000 мс

Звуковой сигнал с высокой точностью воспроизведения

10-5

10-7

10-7

1000 мс

Телевизионное вещание

10-6

10-8

10-8

1000 мс

При диалоге в телефонии важна общая задержка доставки, которая не должна превышать 25 мс в соответствии с рекомендацией МСЭ-Т G.164. Большая величина задержки приводит к необходимости применения эхоподавителей. Использование эхоподавителей эффективно при общей задержке до 150 мс.

Как видно из данных таблицы 9.1, наиболее критична к битовым ошибкам и к задержке служба телефонии как представитель интерактивных служб реального времени. Служба телевизионного вещания наиболее критична к потере фреймов и к ошибкам их адресации.

В конце 20-го века МСЭ-Т уточнил требования к задержке для службы ПД в сторону ее уменьшения до 50 мс, чтобы обеспечить взаимодействие распределенных баз данных.

Разделение трафика на категории (Grade) или классы (Class) – необходимое требование для предоставления сетевых ресурсов пользователям, информация которых чувствительна к задержке, джиттеру задержки и потерям.

Одно из основных понятий в описании мультисервисных сетей - скорость передачи службы. В рекомендациях МСЭ-Т она определяется как скорость переда информации, доступная пользователю данной службы. Все службы делятся на две группы:

  • с постоянной скоростью передачи (ПСП) и;
  • с изменяющейся скоростью передачи (ИСП).

Если источник генерирует информацию с ИСП, то скорость передачи может характеризоваться пиковой (Vп) и средней (Vс) величинами (рисунок 9.1).


Рисунок 9.1. Характеристика скорости источника

Источники, генерирующие информацию с изменяющейся скоростью, характеризуются коэффициентом пачечности Кп = Vп/Vс и средней длительностью пика Tп. Пиковая, средняя скорость и коэффициент пачечности источников характеризуют конкретную службу, хотя стохастические процессы от сеанса к сеансу могут отличаться.

Если канал использует источник какой-либо службы, генерирующий информацию с изменяющейся скоростью, то в моменты превышения V(t) максимально допустимого значения Vmax качество обслуживания снижается.

Источник информации мультисервисной сети характеризуется двумя группами параметров трафика. К первой группе относятся:

- интенсивность поступающего от пользователя потока требований l , выз/час;

- средняя длительность сеанса Тс, с;

- удельная нагрузка источника ауд, Эрл .

Вторая группа параметров характеризует собственно абонентский терминал (Рекомендация I.311 Белой книги ITU-T):

- средняя (битовая) скорость передачи Vс;

- пиковая скорость передачи Vп;

- коэффициент пачечности Кп = Vп /Vс .

Ряд известных служб относят к службам с ПСП (не используется статистическое мультиплексирование и паузы при передаче не обнаруживаются):

  • обычная телефония,
  • цветной факс,
  • передача файлов.

Службы с ИСП делят на две группы:

  • стартстопного;
  • непрерывного типа.

Во время сеанса стартстопной службы наблюдаются периоды активности и паузы, что характерно для информационно-поисковых систем, например, при поиске документов, поиске видео. Скорость передачи источников таких служб меняется скачком от нуля до Vп.

Во время сеанса службы с ИСП скорость может меняться плавно, что характерно, например, для цифровой телефонии с использованием статистического кодирования – АДИКМ (рисунок 9.2).


Рисунок 9.2. Плавное изменение скорости при статистическом кодировании (statistical coding)

В мультисервисной сети представлен трафик двух типов:

  • реального времени (пересылаемая информация чувствительна к задержке и/или джиттеру задержки);
  • относительного времени (пересылаемая информация не чувствительна к задержке).

Виды трафика реального времени:

  • телефонный;
  • мультимедиа (multimedia);
  • управления сетью;
  • сигнализации.

Мультимедиа - это синтетическая структура данных, включающая произвольное множество разнотипных информационных элементов (изображение, звук, графика, анимация, текст и др.) в рамках одного высокоскоростного потока данных или приложения.

Разделение трафика на категории (Grade) или классы (Class) – необходимое требование для предоставления сетевых ресурсов пользователям, информация которых чувствительна к задержке, джиттеру задержки и потерям.

Использование сети с коммутацией пакетов для всех видов трафика выдвигает следующие требования к разработчикам сети следующего поколения:

  • обеспечение качества доставки (basic service) для каждого вида информации;
  • разработка новых сигнальных протоколов для установления соединения;
  • разработка транспортных протоколов для передачи сигнальных сообщений (ОКС-7) по сети с коммутацией пакетов.

Использование принципа единой транспортной сети для различных сетей доступа требует создания:

    • шлюзов (Media Gateways), которые позволяли бы подключать к сети следующего поколения объекты различных сетей доступа — от обычной телефонной пары до универсальной мобильной телекоммуникационной системы (UMTS);
    • транспортной сети с широкополосными трактами.

Избыточность ресурсов сети – необходимое условие работы IP-сетей. Существующий принцип маршрутизации "best effort" (“с максимальным усилием”) в сетях IP - это режим доставки без какой-либо гарантии качества доставки (в отличие от гарантий качества доставки в ССОП и сетях с технологией ATM). Резервирование ресурсов (с помощью протокола ReSerVation Protocol - RSVP) используется в IP-сетях для преодоления недостатков, присущих принципу маршрутизации "best effort".

Вопросы построения сетей с гарантированным качеством услуг являются предметом внимания Международного Союза Электросвязи, особенно в связи с развертывание работ по созданию глобальных сетей третьего и четвертого поколений.

Способы доставки информации

В телекоммуникационных сетях используется два способа доставки информации:

  • с ориентацией на соединение (connection oriented);
  • без ориентации на соединение (connectionless oriented).

Способ доставки информации “с ориентацией на соединение” связан с предварительным обменом сигнальными сообщениями между маршрутизаторами для закрепления элементов соединения за пользователем. Пользовательские данные не снабжаются адресом получателя.

Способ доставки информации “без ориентации на соединение” подразумевает включение адреса получателя в каждое сообщение пользователя (пакет).

9.2. Выбор телекоммуникационной технологии для транспортной сети нового поколения (NGN)

Каждый тип приложения, использующий конкретные ресурсы для взаимодействия через сеть, требует доставки информации с разными показателями качества. В таблице 9.2 приведено несколько примеров приложений с оценкой требований к различным показателям качества доставки информации пользователей.

Таблица 9.2. Требования различных приложений к показателям качества доставки информации пользователей [90]

Тип приложения

Вероятность потери информации

Задержка

Флуктуации задержки

Скорость передачи

Электронная почта

Высокие

Низкие

Низкие

Низкие

Передача файлов

Высокие

Низкие

Низкие

Средние

Web-доступ

Высокие

Средние

Низкие

Средние

Удаленный доступ

Высокие

Средние

Средние

Низкие

Аудио по заказу

Низкие

Низкие

Высокие

Средние

Видео по заказу

Низкие

Низкие

Высокие

Высокие

Телефония

Низкие

Высокие

Высокие

Низкие

Видеоконференции

Низкие

Высокие

Высокие

Высокие

Первые четыре типа приложений, приведенных в таблице 9.2, создают в сети потоки пакетов, обслуживаемые в относительном времени, то есть требования к задержке доставки невысоки, но высоки требования к вероятности потери информации. Последние четыре типа приложений создают в сети потоки пакетов, обслуживаемые в реальном времени, то есть требования к средней задержке доставки и флуктуации задержки высоки.

Важный аспект рассматриваемой проблемы – взаимодействие с сетями мобильной связи. Широко распространенный в России стандарт GSM предусматривает низкоскоростное кодирование. Это приводит к росту задержки при обмене информацией и к некоторому ухудшению качества передачи речи.

Технология асинхронного метода передачи (ATM). Асинхронный метод передачи (Asynchronous Transfer Mode, ATM) ориентирован на перенос информации протокольных блоков данных второго и более высоких уровней с высоким качеством. При этом средства передачи выполняют минимум функций на уровне звена данных, что способствует уменьшению задержки ячеек АТМ при передаче через сеть. Благодаря фиксированной длине ячейки АТМ удается минимизировать время обработки (коммутации) на коммутационной станции и объем буферного пространства. Сущность технологии АТМ состоит в транспортировке всех видов информации ячейками фиксированной длины. При этом потоки ячеек от разных пользователей асинхронно мультиплексируются в едином цифровом тракте.

Особенность метода АТМ состоит в приспособленности к транспортировке информации любой службы независимо от требуемой скорости передачи, требований к временнóй, семантической прозрачности сети и пачечности трафика, создаваемого источниками. Достигнутая в настоящее время производительность коммутаторов АТМ (V=23·106 ячеек/с) [90] позволяет создавать мультисервисные сети для всех известных в настоящее время служб.

Асинхронный метод переноса (Asynchronous Transfer Mode) – технология передачи и коммутации широкополосной цифровой сети с интеграцией служб (Broadband ISDN) [37]. Скорость обработки данных пользователя в коммутаторах ATM (узлах ядра сети) может составлять 10 Гбит/с. Сеть с технологией ATM предоставляет услуги передачи речи, подвижных изображений, данных с высокой гарантией качества, с ориентацией и без ориентации на соединения.

Соответствие между моделями протоколов B-ISDN и OSI обеспечивается на физическом и частично на звеньевом уровне (ATM и часть функций уровня адаптации ATM). На верхних уровнях модели могут использоваться другие технологии, например, TCP/IP.

Эталонная модель протоколов B-ISDN с технологией ATM приведена на рисунке 9.4.

Плоскость управления (C) имеет уровневую структуру и определяет протоколы сигнализации, установления, разъединения и контроля соединений.

Плоскость пользователя (U) имеет уровневую структуру и обеспечивает транспортировку пользовательской информации с защитой от ошибок, контролем и управлением потоком, ограничением нагрузки.

Плоскость административного управления (M) реализует выполнение двух видов функций: управления (менеджмента) плоскостями и управления уровнями. Функции управления плоскостями, не разделенные на уровни, состоят в координации взаимоотношений всех остальных объектов модели, то есть относятся ко всей B-ISDN.

Плоскость управления уровнями имеет уровневую структуру и ориентирована на решение задач управления сетью, распределения сетевых ресурсов (с оперативным согласованием их с параметрами трафика), обработки информации эксплуатации и технического обслуживания.

Физический уровень соответствует первому уровню модели ВОС и реализует согласование уровня ATM с физической средой. Уровень АТМ и часть уровня адаптации АТМ соответствуют уровню звена данных модели ВОС. Часть функций уровня адаптации ATM соответствуют сетевому (третьему) уровню модели ВОС.

Физический уровень разделен на два подуровня: зависящий от физической среды и конвергенции (сходство, приближение) с системой передачи. Подуровень, зависящий от физической среды, определяет скорость передачи потока битов через физическую среду, обеспечивает синхронизацию между сторонами передачи и приема, линейное кодирование. Если в качестве физической среды используется ВОЛС, то на этом подуровне обеспечивается электронно-оптическое и оптоэлектронное преобразование сигнала. Основное назначение подуровня конвергенции с системой передачи - определение порядка передачи ячеек ATM в битовом потоке.

Основным назначением уровня ATM является обеспечение независимости уровней выше физического от типа линии и вида передаваемой информации. Функции уровня ATM таковы:

  • мультиплексирование и демультиплексирование ячеек ATM;
  • преобразование идентификаторов виртуальных путей (ИВП) и виртуальных каналов (ИВК);
  • генерация или удаление заголовков ячеек;
  • общее управление потоком в интерфейсе "пользователь-сеть".

В таблице 9.3 приведены основные функции протоколов АТМ.

Мультиплексирование ячеек от разных источников в единый поток происходит на передающей стороне. На приемной стороне выполняется разделение единого потока ячеек АТМ на множество потоков в соответствие с их идентификаторами ИВП и ИВК.

Таблица 9.3. Основные функции протоколов B-ISDN

Наименование уровня

Наименование подуровня

Основные функции

Адаптации ATM

Конвергенции

Конвергенция к службе

Сегментации и сборки

Сегментация и сборка

ATM

 
  • Общее управление потоком;
  • Генерация (при передаче), удаление заголовка ячейки ATM (при приеме);
  • Преобразование идентификаторов виртуальных путей и виртуальных каналов;
  • Мультиплексирование (при передаче), демультиплексирование (при приеме).

Физический

Конвергенции с системой передачи

  • Согласование скорости ячеек ATM;
  • Формирование поля контроля ошибок (при передаче), обнаружение и исправление ошибок (при приеме);
  • Адаптация потока ячеек ATM к кадру системы передачи (при передаче), выделение ячеек из кадра (при приеме);
  • Генерация кадра системы передачи и его восстановление на приеме.

Зависящий от физической среды

  • Синхронизация;
  • Передача двоичного сигнала в данной среде.

Функции уровня адаптации АТМ определены в Рекомендации МСЭ-Т I.362 и состоят в предоставлении услуг более высоким уровням.

Подуровень сегментации и сборки на передающей стороне обеспечивает разделение (сегментацию) блоков данных более высокого уровня на сегменты, объем которых достаточен для размещения в информационном поле ячейки АТМ. На приемной стороне протокол этого уровня восстанавливает блоки данных из информационных полей ячеек уровня АТМ.

Функции подуровня конвергенции уровня адаптации АТМ существенно зависят от вида службы. Здесь учитываются требования служб 4-х классов. Этот подуровень предоставляет более высоким уровням услуги подуровня сегментации и сборки через точки доступа к услугам. Для каждой из существующих служб разработан свой протокол уровня адаптации АТМ, так как конкретная служба формирует информационные блоки данных своеобразной структуры и предъявляет специфические требования к их переносу через сеть АТМ.

На рисунке 9.5 показан формат информационной единицы переноса данных между коммутаторами сети – ячейка ATM (sell) длиной 53 октета (заголовок 5 октетов, нагрузочная часть 48 октетов).


Рисунок 9.5. Формат ячейки ATM

Информационная единица коммутации, используемая в коммутаторе ATM – быстрый пакет (fast packet), состоящий из ячейки ATM и маршрутной метки (ММ), с помощью которой обеспечивается коммутация БП с входа на выход коммутационного поля (рисунок 9.6). Количество бит в маршрутной метке зависит от структуры коммутационного поля узла.


Рисунок 9.6. Формат быстрого пакета (fast packet)

На рисунке 9.7 показано использование технологии ATM для доставки пакетов IP в транспортной сети. Технология ATM располагает собственной двухуровневой системой меток. Метки называются идентификаторами виртуальных трактов (VPI) и идентификаторами виртуальных каналов (VCI). В каждом звене виртуального соединения, устанавливаемого в транспортной сети с технологией ATM, ячейкам ATM (ATM Cells), которые переносят содержимое пакета IP, придается уникальное значение VPI. Идентификаторы виртуальных каналов (VCI) заголовка ячейки ATM идентифицируют конкретный поток ячеек ATM пользователя и поэтому коммутаторами транспортной сети с технологией ATM не интерпретируются.


Рисунок 9.7. Использование технологии ATM для доставки пакетов IP в транспортной сети

9.3. Технология MPLS

Технология многопротокольной коммутации с помощью меток

В решении задачи повышения качества услуг мультисервисных магистральных IP-сетей особая роль отведена технологии многопротокольной коммутации с помощью меток (Multiprotocol Label Switching, MPLS) [70].

В IP-сети выделяют домен MPLS (рисунок 9.8), состоящий из высокоскоростных коммутаторов (Label Switching Router, LSR), обеспечивающих коммутацию с помощью меток (Label) и доставку IP-пакетов без анализа заголовков пакетов.

Информация о классе трафика передается в поле класса услуги (CoS) метки MPLS. Выделение путей (Label Switched Path, LSP), в транзитных узлах которых коммутация пакетов выполняется с помощью меток, внутри домена MPLS обеспечивает протокол назначения меток (Label Distribution Protocol, LDP) - специфический протокол сигнализации.


Рисунок 9.8. Доставка IP-пакетов в домене MPLS

Технология MPLS (Multiprotocol Label Switching) использует коммутацию пакетов с помощью меток и применяется для доставки информации в транспортной сети NGN.

На рисунке 9.9 приведен формат метки (Label), с помощью которой помечаются пакеты, пересылаемые в интерфейсе между соседними узлами (LER – LSR, LSR – LSR, LSR – LER) домена MPLS.


Рисунок 9.9. Место метки (прокладки) MPLS и ее формат

В формате метки имеется 4 поля: время жизни пакета (Time to Live) - 8 бит; индикатор стека меток (Stack Identifier, SI) - 1 бит (SI=1 – последняя (нижняя) метка стека); признак приоритетности кадра (Exp) - 3 бита; собственно метка (Label) – 20 бит.

На рисунке 9.10 показаны граничные (Label Edge Router, LER) и транзитные маршрутизаторы (Label Switching Router, LSR) домéна MPLS, коммутирующие пакеты с помощью меток.


Рисунок 9.10. Граничные (Label Edge Router, LER) и транзитные маршрутизаторы (Label Switching Router, LSR) домeна MPLS

На рисунке 9.11 показан путь (Path) передачи помеченных пакетов от одного граничного маршрутизатора до другого через цепочку коммутаторов (LSR 2, LSR 3, LSR 4).


Рисунок 9.11. Путь (Path) передачи помеченных пакетов

На рисунке 9.12 показан способ доставки данных двух классов (FEC - Forwarding Equivalence Class) в домéне MPLS.

Потоки пакетов IP пересылаются через Internet без гарантий качества доставки. Если информация пользователей чувствительна к задержке, потерям, джиттеру задержки, то для пакетов предварительно может быть создан путь в домéне MPLS, показатели качества доставки в котором гарантируются. Для каждого класса доставки (FEC) пакетов может быть создан отдельный путь.

На рисунке 9.12 показано два пути для помеченных пакетов классов A (стек меток L5, L7 домéна с технологией ATM) и B (стек меток L11, L33 домéна с технологией FR) с определенными гарантиями качества доставки информации.


Рисунок 9.12. Доставка данных двух классов (FEC - For-warding Equivalence Class) в домене MPLS

Путь, созданный для доставки помеченных пакетов от входного граничного маршрутизатора LER 1 до выходного маршрутизатора LER 2, может состоять из нескольких звеньев. В каждом звене пути используется уникальная метка.

В технологии MPLS используется принцип разделения маршрутизации и доставки (пересылки). На рисунке 9.13 приведены протоколы маршрутизации прикладного уровня, которые используют план распределения информации (ПРИ) и топологию сети для формирования таблиц маршрутизации и коммутационных таблиц для коммутирующих маршрутизаторов LER и LSR.


Рисунок 9.13. Разделение маршрутизации и доставки (пересылки) при применении технологии MPLS

Базовые компоненты MPLS разделены на следующие уровни:

      • протокол маршрутизации сетевого уровня (network layer IP routing protocols);
      • доставка данных вне сетевого уровня (edge of network layer forwarding);
      • коммутация с использованием меток в ядре сети (core network label-based switching);
      • детализация и схемотехника меток (label schematics and granularity);
      • сигнальный протокол для распределения меток (signaling protocol for label distribution);
      • управление трафиком (traffic engineering);
      • совмещение вариантов доставки данных на 2-ом протокольном уровне [ATM, Frame Relay, PPP] - compatibility with various Layer-2 forwarding paradigms (ATM, Frame Relay, PPP).

На рисунке 9.14 приведен стек протоколов MPLS. На прикладном уровне решаются задачи маршрутизации, распределения меток (LDP). Доставка сигнальных сообщений протокола LDP может быть поддержана протоколами TCP и UDP транспортного уровня Internet. Протоколы маршрутизации и распределения меток используют оперативную информацию библиотеки программ и данных (LIB). Протокол маршрутизатора IP с функциями MPLS использует таблицу коммутации (MPLS Fwd) для присвоения пакетам меток. Дополнительные данные для маршрутизации пакетов в домене MPLS, отсутствующие в заголовке пакетов IP и учитывающие требования протоколов верхних уровней, могут быть получены из библиотеки программ и данных.

Стек меток

Помеченные пакеты могут нести в себе несколько меток, уложенных в порядке “последним пришел - первым вышел”. Будем называть это стеком меток. Обработка всегда базируется на верхней метке, без учета того, что некоторое число других меток лежало поверх данной в прошлом, или того, что какое-то их число лежит под ней сейчас (рисунок 9.15). Если стек меток имеет глубину m, то считается, что метка на дне стека размещена на уровне 1, метка над ней (если таковая имеется) имеет уровень 2, а метка наверху стека имеет уровень m.

Запись “следующая пересылка с помощью метки” (Next Hop Label Forwarding, NHLFE) используется при переадресации помеченных пакетов. Здесь содержится следующая информация:

  • следующий шаг пакета;
  • операция, которая должна быть произведена над стеком меток.

Возможны операции над стеком меток:

a) заместить метку наверху стека специфицированной новой меткой;

b) извлечь метку из стека;

c) заместить метку наверху стека специфицированной новой меткой и затем ввести в стек одну или более специфицированных меток.


Рисунок 9.14. Стек протоколов MPLS


Рисунок 9.15. Стек меток MPLS

Следующим шагом пакета в домене MPLS может стать текущий коммутирующий маршрутизатор (LSR). В этом случае LSR должен будет извлечь метку из стека и затем переадресовать полученный пакет самому себе. Затем он примет следующее решение переадресации, базирующееся на полученном состоянии стека меток. Это подразумевает, что в некоторых случаях LSR должен будет работать с IP-заголовком для того, чтобы переадресовать пакет в IP-сеть.

Протокол распределения меток LDP

Пользователями LDP являются коммутирующие маршрутизаторы LSR. Они обмениваются сообщениями LDP во время сеанса связи. В состав сообщений LDP входят:

  • открытие / завершение сеанса связи;
  • обнаружение, для извещения соседнего LSR (“Привет”);
  • создание/удаление/изменение метки;
  • уведомление об ошибках и советы.

Сообщения обнаружения (соседнего LSR) пересылаются с помощью протокола UDP. Все другие сообщения требуют гарантированной доставки и поэтому пересылаются с помощью протокола TCP. Сообщения “Привет” посылаются на порт 646 UDP. Сообщения открытия сеанса связи посылаются на порт 646 TCP. В первой версии протокола LDP отсутствуют широковещание, доставка по нескольким путям и гарантии качества доставки.

Процесс присвоения пары “FEC-метка” потоку пакетов в каждом звене пути внутри домена MPLS, является весьма ответственным. Поручать пересылку этой информации протоколу UDP нельзя из-за возможности потери. Для пересылки сообщений “запрос метки” и “присвоение метки” предварительно должен быть открыт сеанс связи с помощью протокола TCP. После установления виртуального соединения с помощью протокола TCP может состояться обмен сообщениями для присвоения метки с высокой вероятностью доставки информации.

Последовательность обмена сообщениями протокола LDP

На рисунке 9.16 приведен пример обмена сообщениями протокола LDP, переносимыми с помощью протоколов UDP и TCP.


Рисунок 9.16. Пример обмена сообщениями протокола LDP, переносимыми пакетами протоколов UDP и TCP

9.4. Магистральные мультисервисные сети

Основу NGN составляет универсальная транспортная сеть, реализующая функции транспортного уровня и уровня управления коммутацией и передачей (см. рисунок 1.1 в разделе 1) [30, 71, 72, 73].

В состав транспортной сети NGN могут входить:

  • транзитные узлы, выполняющие функции переноса и коммутации;
  • оконечные (граничные) узлы, обеспечивающие доступ абонентов к мультисервисной сети;
  • контроллеры сигнализации, выполняющие функции обработки информации сигнализации, управления вызовами и соединениями;
  • шлюзы, позволяющие осуществить подключение традиционных сетей связи (ССОП, СПД, ССПС).

Контроллеры сигнализации могут быть вынесены в отдельные устройства, предназначенные для обслуживания нескольких узлов коммутации. Использование общих контроллеров позволяет рассматривать их как единую систему коммутации, распределенную по сети. Такое решение не только упрощает алгоритмы установления соединений, но и является наиболее экономичным для операторов и поставщиков услуг, так как позволяет заменить дорогостоящие системы коммутации большой емкости небольшими, гибкими и доступными по стоимости даже мелким поставщикам услуг.

Оконечные и оконечно-транзитные узлы транспортной сети могут выполнять функции узлов служб, т.е. состав функций граничных узлов может быть расширен благодаря добавлению функций предоставления услуг. Для построения таких узлов может использоваться технология Softswitch. Структура мультипротокольной транспортной сети представлена на рисунке 9.17.


Рисунок 9.17. Структура мультипротокольной транспортной сети

Архитектура сети связи, построенной в соответствии с концепцией NGN, представлена на рисунке 1.1 (раздел 1).

Компоненты NGN:

  • серверы приложений (E-mail, SMS, Billing, SN-IN (Source Name - Internet Name Service), TMN, …);
  • программное обеспечение (ПО) для поддержки прикладного программного интерфейса (Application Programming Interface, API);
  • прикладной программный интерфейс (API);
  • Softswitch (контроллер медиашлюзов, обработчик вызовов, конвертор сигнализации);
  • программное обеспечение (ПО), используемое для поддержки интерфейсов;
  • транспортные платформы, медиашлюзы (информационные, сигнальные, управления).

Основные функции Softswitch таковы:

  • управление медиашлюзами (в плоскостях C, M) по протоколам MGCP/MEGACO/H.248, H.323, SIP;
  • управление транспортными сетями (установление соединений, маршрутизация, управление трафиком);
  • поддержка взаимодействия с приложениями.

В последнее время ряд крупных фирм, в частности, Alcatel, под Softswitch понимает гибкий коммутатор, поддерживающий функции управления гибридной коммутацией, т.е. оценивающий входящий трафик по различным характеристикам и направляющий его через соответствующие этим характеристикам сéти (включая сети с КК, КП, ATM). По крайней мере, такие возможности управления заложены в протоколе Н.248.

Проблемы внедрения услуг в NGN:

  • отсутствие современной инфраструктуры для развертывания инфокоммуникационных услуг;
  • недостаточное исследование рынка услуг (как по объемам, так и по платежеспособному спросу);
  • учет неудачного опыта зарубежных операторов в оценке рынка и развертывания услуг N-ISDN и B-ISDN.

Инфокоммуникационные услуги предполагают взаимодействие поставщиков услуг и операторов связи, которое может обеспечиваться на основе функциональной модели распределённых (региональных) баз данных, реализуемых в соответствии с Рекомендацией ITU-T X.500 [74]. Доступ к базам данных организуется с использованием протокола LDAP (Lightweight Directory Access Protocol).

Базы данных позволяют решить следующие задачи:

  • создание абонентских справочников;
  • автоматизация взаиморасчётов между операторами связи и поставщиками услуг;
  • обеспечение взаимодействия операторов связи в процессе предоставления интеллектуальных услуг;
  • обеспечение взаимодействия терминалов, характеризующихся различными функциональными возможностями.

Базы данных могут использоваться также поставщиками услуг для организации платных информационно-справочных услуг.

Концепция NGN во многом опирается на технические решения, уже разработанные международными организациями стандартизации. Так, например, взаимодействие серверов в процессе предоставления услуг предполагается осуществлять на базе протоколов, специфицированных IETF (MEGACO), ETSI (TIPHON), Форумом 3GPP2 (2-ой проект партнерства по системам мобильной связи 3-го поколения) и т.д.

Для управления услугами могут использоваться протоколы:

  • H.323 (стандарт ITU-T, определяющий требования к видеоконференциям, проводимым через сети с коммутацией пакетов, то есть по линиям связи с негарантированным качеством доставки информации, например, по сети Ethernet);
  • SIP (Session Initiation Protocol) – протокол инициализации сеанса связи в пакетных сетях [75];
  • INAP (IN Application Protocol) – прикладной протокол интеллектуальной сети [76].

В качестве технологической основы построения транспортного уровня мультисервисных сетей рассматриваются технологии АТМ, MPLS, 10GE, IP с возможным применением в будущем оптической коммутации [37].

Мультисервисные сети представляют собой самостоятельный класс сетей, строящихся на основе концепции NGN, на базе которых может быть осуществлено предоставление широкого набора как традиционных, так и новых услуг.

Определение мультисервисных сетей как самостоятельного класса означает, что их регламентация должна осуществляться на основе нормативно-технической базы, учитывающей особенности интеграции различных услуг и системно-технических решений в рамках одной сети.

Базовые услуги, предоставляемые существующими сетями связи и мультисервисными сетями (например, услуги телефонии) должны обладать идентичными характеристиками. Это означает, что мультисервисные сети должны обеспечивать выполнение принятых норм и требований для каждого типа услуг, включая показатели качества, параметры интерфейсов, адресацию/нумерацию и т.д.

Для новых типов услуг (таких как услуги ИСС, услуги мультимедиа, инфокоммуникационные услуги) мультисервисные сети должны обеспечивать возможность взаимодействия с аналогичными услугами других сетей.

Построение мультисервисных сетей должно соответствовать двухуровневой архитектуре: регионального и магистрального (включая межрегиональный) уровней (рисунок 9.18).

Это создаст условия для повсеместного внедрения инфокоммуникационных услуг и решения таких задач, как обеспечение структурной надежности, нормирование показателей качества услуг и т.п.

На региональном уровне мультисервисная сеть должна обеспечивать подключение терминалов абонентов и предоставление им как транспортных, так и инфокоммуникационных и других услуг, а также обеспечивать возможность взаимодействия с аналогичными услугами других региональных сетей.

На магистральном уровне мультисервисная сеть должна обеспечивать предоставление услуг переноса для взаимодействия мультисервисных региональных сетей, а также для всех существующих сетей (при необходимости).

Решение указанных задач связано с формированием сетей доступа, которые бы позволили, с одной стороны, обеспечить разделение трафика на участке, где не накладываются жесткие ограничения на скорость передачи, и, с другой стороны, не осуществляется концентрация трафика. Сеть доступа - это системно-сетевая структура, состоящая из абонентских линий, узлов доступа, систем передачи, служащая для подключения пользователей к ресурсам региональных сетей.

Доступ к ресурсам мультисервисной сети осуществляется через граничные узлы, к которым подключается оборудование сети доступа или осуществляется связь с существующими сетями. В последнем случае граничный узел выполняет функции межсетевого шлюза.


Рисунок 9.18. Двухуровневая архитектура мультисервисных сетей

Классификация стеков протоколов доставки информации в транспортной сети (рисунок 9.19).

В транспортной сети могут использоваться разнообразные наборы протоколов для доставки информации различных служб и поддержки приложений:

  • IP/AAL/ATM/SDH;
  • IP/MPLS/Ethernet;
  • IP/MPLS/PPP/I.430/I.431;
  • IP/MPLS/LAP-F/I.430/I.431;
  • IP/MPLS/LAP-D/I.430/I.431;
  • IP/MPLS/DWDM.

Выбор того или иного набора протоколов определяется предпочтениями оператора, которые зависят от:

  • типа уже используемых или планируемых для использования технологий физического уровня (SDH, 1GE/10GE BASE-LX, I.430/I.431, DWDM);
  • типа уже используемых или планируемых для использования технологий уровня звена данных (ATM, Ethernet, PPP, LAP-F, LAP-D, DWDM);
  • набора уже имеющихся или планируемых служб и приложений;
  • требований пользователей и многих других причин.


Рисунок 9.19. Стеки протоколов доставки информации в транспортной сети

9.5. Маршрутизация в мультисервисных сетях общего пользования и корпоративных

Межсетевые интерфейсы UNI, NNI, PNNI, B-ICI в мультисервисной сети с технологией АТМ

Процессы маршрутизации обеспечивают решение задач взаимосвязи между услугами связи и функциональными возможностями сети (Рекомендация I.335). Любой запрос связи обрабатывается процессом маршрутизации. Службы сети предоставляют услуги связи пользователям. Понятие услуги не зависит от времени. Предоставление конкретной услуги обычно называется коммутируемой связью. Для каждой коммутируемой связи необходимо подобрать соответствующий тип соединения (Рекомендация I.340). Типы соединений также не зависят от времени. Пользователь специфицирует только требуемую услугу, сеть же распределяет ресурсы, позволяющие установить соединение конкретного типа.

Понятие маршрут определяет соотношение между коммутируемой связью и соединением. Маршрут – это конкретное соединение для конкретной коммутируемой связи. На рисунке 9.20 показаны принципы подбора сетевых средств и соотнесение их с маршрутом.

Для создания условий пользования связью сеть должна выбрать:

    • соответствующий тип соединения для поддержки услуги;
    • множество элементов соединения, которые назначаются сетью для реализации соединения нужного типа (Рекомендация I.340).


Рисунок 9.20. Принципы подбора сетевых средств и соотнесение их с маршрутом

Процессы маршрутизации в ATM имеют три аспекта:

    • соответствие между услугами связи и типами соединений;
    • определение параметров маршрутизации, которые должны транслироваться и, возможно, обрабатываться в сети сигнализации;
    • выбор правил, касающихся маршрутизации через различные элементы соединения, с учетом базисных конфигураций, описанных в Рекомендации I.325.

Правила выбора пути в сети с технологией ATM приведены в Рекомендации E.172.

Оператор сети свободен в выборе типа соединения, соответствующего данной запрашиваемой услуге. В некоторых случаях одной конкретной услуге доставки информации могут соответствовать несколько типов соединений. Процесс маршрутизации в ATM состоит из нескольких последовательных этапов, реализация которых необходима для установления соединения в ответ на запрос услуги. На рисунке 9.21 приведена схема, иллюстрирующая использование параметров маршрутизации.


Рисунок 9.21. Иллюстрация использования параметров маршрутизации в ATM

Если пользователь запрашивает услугу, то оконечное оборудование преобразует запрос в сообщение SETUP об установлении соединения (Рекомендация Q.931) [77]. Это сообщение поступает к интерфейсу “пользователь-сеть” для запроса услуг доставки информации, предоставления связи и, возможно, дополнительной услуги. На сетевом уровне кодируются атрибуты запрашиваемой услуги.

План маршрутизации – это совокупность правил, определяющих процесс выбора необходимых компонентов элементов соединения, способных поддерживать услугу связи.

В процессе маршрутизации могут потребоваться следующие параметры и элементы:

  • абонирования вызывающего абонента;
  • входящего маршрута;
  • вызываемого номера;
  • характера запрашиваемой услуги связи;
  • требования к передающей среде;
  • характеристик средств доставки;
  • запроса дополнительной услуги;
  • индикатора предпочтительности ISUP во всех частях соединения;
  • особенностей соединения;
  • требования управления сетью;
  • выбора транзитной сети;
  • “истории” соединения;
  • время суток.

Маршрутизация в сети простой конфигурации

В простой сети с одной станцией (коммутатором), обслуживающей группу источников, необходимо устанавливать виртуальные соединения между пользователями. Эти соединения устанавливаются под управлением протокола маршрутизации станции. Протокол маршрутизации управляет соединением по запросу инициатора. В запросе соединения указывается адрес получателя, параметры качества обслуживания (например, допустимая задержка ячеек АТМ потока пользователя) и скорость. Если получатель доступен (известен адрес порта, куда он подключен), то происходит установление двунаправленного логического соединения между двумя портами на время сеанса.

Результат маршрутизации (адреса двух портов) записывается в таблицу, которая используется коммутатором ячеек АТМ. По созданному соединению будут передаваться ячейки АТМ без их маршрутизации. Это означает, что маршрутизация в такой сети необходима только при установлении и разъединении соединений, а каждая ячейка АТМ потока пользователя не является объектом маршрутизации. Для созданного соединения устанавливается требуемая инициатором скорость потока и задержка передачи ячеек АТМ из конца в конец.

В более сложной сети (с многими станциями) алгоритм маршрутизации усложняется. В корпоративных широкополосных сетях с технологией АТМ применяется протокол маршрутизации корпоративных сетей PNNI (Private Network-to-Network Interface).

Этот протокол позволяет любой станции (коммутатору) найти маршрут до любой другой станции. На рисунке 9.22 приведены интерфейсы, стандартизованные Форумом ATM: PNNI, Public UNI, Private UNI, B-ICI. Взаимодействие сетей общего пользования происходит по широкополосному интерфейсу B-ICI (Broadband Intercarrier Interface). Интерфейс Public UNI применяется для взаимодействия сетей общего пользования и корпоративных (ограниченного пользования) сетей. Интерфейс Private UNI применяется для взаимодействия коммутаторов ATM корпоративных сетей.


Рисунок 9.22. Интерфейсы сетей с технологией ATM

Протокол PNNI состоит из двух частей: протокола маршрутизации запросов соединения (МЗС) и протокола сигнализации. Протокол МЗС обеспечивает передачу оперативной информации о топологии сети (связности станций) и состоянии межстанционных линий. Для получения информации о текущем состоянии соседей все станции должны обмениваться сообщениями протокола приветствия (Hello Protocol), являющегося частью PNNI. В сообщении приветствия (Hello), полученном от соседней станции, содержится идентификатор группы станций, к которой относится источник. Рассмотрим случай обмена сообщениями Hello, когда две станции сети принадлежат одной группе (рисунок 9.23).

Если инициатором передачи приветствия является станция Х.1, то она передает соседней станции через исходящий порт 7 сообщение 1, уведомляя о том, что протокол PNNI функционирует и порт 7 исправен. Если на станции Х.2 протокол PNNI функционирует, то она отвечает сообщением 2, подтверждая в нем идентификаторы удаленной станции ИУС=Х.1, группы ИГ=Х, адрес порта 7 и сообщая о собственном идентификаторе ИС=Х.2 и адресе порта 1, через который принято сообщение 1. В ответ на сообщение 2 станция Х.1 передает сообщение 3, в котором подтверждает полученные данные. После обмена приветствиями обе станции сохраняют записи о топологии ближайшего окружения - ТБО (PNNI Topology State Element, PTSE). Используя эти записи, станции могут определить маршрут для сигнального сообщения вызова, которое позволит установить виртуальное соединение “из конца в конец” для трансляции (уже без маршрутизации) ячеек АТМ потока пользователя.

В результате обмена приветствиями обе станции могут маршрутизировать сигнальные сообщения вызова по линии, связывающей порты 7 и 1. Любая станция, получив новые данные о ТБО и сохранив их в своей БД, транслирует их на другие станции, а поступающие повторные копии стирает. Как только все станции сети получат новые данные о ТБО, подтвердив их получение, лавинный обмен данными о новой топологии прекращается. Для того, чтобы предотвратить занятие большой доли сетевых ресурсов при коррекции данных о меняющейся сетевой топологии, формирование новой ТБО должно происходить лишь при значительных изменения топологии.


Рисунок 9.23. Сообщения протокола приветствия

На каждой станции протокол сигнализации PNNI использует данные о ТБО для маршрутизации запроса соединения. Исходящая станция определяет координаты маршрута передачи запроса соединения (ЗС). Совокупность этих координат называют транзитным списком (Designated Transit List, DTL). Транзитные станции анализируют DTL и устанавливают соответствующее соединение входного порта с выходным. Коммутируемое виртуальное соединение из конца в конец устанавливается протоколом сигнализации после того, как вызываемая пользовательская установка и все транзитные станции подтвердят возможность предоставления услуг, параметры которых имеются в ЗС. Протокол сигнализации PNNI предоставляет услуги установления, поддержания и разъединения двунаправленных коммутируемых виртуальных соединений из конца в конец типа “точка-точка” и однонаправленных - “точка-группа”. Протоколы сигнализации корпоративных сетей известны как UNI 3.1 и UNI 4.1.

Особенность описанного централизованного способа маршрутизации состоит в том, что определение маршрута соединения происходит лишь на одной станции сети. Благодаря этому уменьшается нагрузка на транзитные станции и исключается возможность петель в маршруте. Алгоритм вычисления маршрута не специфицирован международными организациями стандартизации и определяется поставщиком программных и аппаратных средств корпоративной сети.

В процессе установления виртуального соединения необходимо использовать только те станции и каналы связи, которые могут удовлетворить требованиям качества услуги, зафиксированным в ЗС. На каждой станции сети ведется учет свободных и занятых ресурсов. Благодаря этому вновь поступившему ЗС либо выделяется ресурс, либо требование отклоняется. Отклонение требования какой-либо транзитной станцией позволяет исходящей станции продолжить поиск альтернативного маршрута для данного вызова. В момент окончания сеанса связи генерируется запрос разъединения, который проходит по установленному соединению и используется для освобождения занятых ранее ресурсов [78].

9.6. Алгоритмы маршрутизации в сетях с коммутацией пакетов

Под алгоритмами маршрутизации подразумевают протокол сетевого уровня, который управляет пакетами при их движении по подсети связи до требуемого места назначения [79].

В зависимости от принципа передачи сообщений от абонента-источника к абоненту-адресату различают несколько модификаций КП, основными из которых являются режим виртуальных сообщений и дейтаграммный режим.

В режиме виртуальных сообщений абонент-источник перед тем, как послать сообщение абоненту-адресату, посылает специальный пакет виртуального вызова с информацией о величине посылаемого сообщения с целью резервирования ресурса (памяти) абонента-адресата для приема пакетов всего сообщения. Пакет виртуального вызова одновременно фиксирует маршрут передачи пакетов одного и того же сообщения (устанавливает виртуальный канал) и резервирует ресурсы УК для приема следующих друг за другом пакетов этого сообщения. По окончании сеанса связи виртуальный канал разрушается.

При дейтаграммном способе передачи пакетов абонент-источник посылает пакеты сообщения без предварительного уведомления абонента-адресата, при этом пакеты одного и того же сообщения могут передаваться по различным маршрутам. В соответствии с архитектурой цифровых сетей маршрутизация осуществляется на сетевом уровне. При этом процессы маршрутизации, в свою очередь, можно представить в виде трех уровней:

1) передачи пакетов по выбранному маршруту (пути);

2) выбора пути передачи по маршрутным таблицам;

3) коррекции матриц маршрутов.

Методы коррекции матриц для сетей с КП часто называют методами адаптивной маршрутизации. При дейтаграммном режиме необходимость в выполнения процессов первого уровня отпадает, так как перед передачей информационных пакетов никакой маршрут не выбирается и не устанавливается определенный виртуальный канал между источником и потребителем информации. Процесс аналогичен передаче информации по установленному каналу.

Процессы второго уровня (выбор направления передачи по таблице маршрутов) осуществляется в процессе передачи информационных пакетовпо сети в случае дейтограммного режима или с помощью специальных пакетов вызова при установлении виртуального канала. Процессы второго уровня аналогичны установлению соединения.

Процессы первого и второго уровней характерны для фиксированной маршрутизации в сетях с КП. Процессы третьего уровня относятся к динамическому управлению распределением потока пакетов. Коррекция матриц маршрутов как при дейтаграммном режиме, так и при коммутации пакетов с виртуальными каналами может выполняться аналогичными методами [80]. Первоначально принципы построения и функционирования систем адаптивного (динамического) распределения информационных потоков были сформулированы в 1964 г. В. Г. Лазаревым. Несколько позднее на их основе был разработан метод распределенного управления выбором путей передачи информации, получивший название метода рельефов. Однако, несмотря на тот факт, что научный приоритет идей адаптивного распределения принадлежит нашей стране, практическая реализация была осуществлена в США в сети ARPA (Advanced Research Project’s Agency), созданной управлением перспективных научных исследований (DARPA) в 1968 г. Основным критерием оптимальной маршрутизации в сетях с КП является среднее время задержки пакета в сети. Поэтому основной проблемой при адаптивной маршрутизации является оценка времени передачи пакетов по различным маршрутам.

В сетях с КП в режиме виртуальных соединений на каждом УК маршрутизация осуществляется с помощью таблицы путевых номеров виртуальных каналов. Указанная таблица сопоставляет номера линий, связанных с данным УК, а номера логических каналов в этих линиях - с номером виртуального канала. С помощью этих таблиц осуществляется выбор пути передачи пакетов в УК.

Выбор маршрута устанавливаемого виртуального канала может осуществляться централизованно или быть распределенным. При централизованном способе информация о состоянии сети (сведения о нагрузке, наличии свободных логических каналов в линиях связи, данных очередей в УК и др.) поступает в ЦУС или специальный центр маршрутизации. На основе этих данных ЦУС, используя алгоритм выбора кратчайших путей по критерию задержки пакета в сети, определяет по заявке от абонента-источника маршрут прохождения виртуального канала. Сведения о маршруте в виде управляющей информации передаются в УК, через которые проходит образованный виртуальный канал. На основе этой информации заполняется таблица путевых номеров указанных УК. Если виртуальный канал невозможно установить, то ЦУС посылает абоненту-источнику отказ в установлении канала, либо запрос ставится в очередь на ожидание. После окончания сеанса связи ЦУС осуществляет разъединение виртуального канала. Таким образом, выбор оптимального маршрута в случае централизованного управления в сетях с КП в режиме виртуального соединения осуществляется в ЦУС на основе методов потока кратчайшего пути, в частности, матричных методов. При этом, каждой линии назначается определенный вес, зависящий от стоимости линии, ее длины, задержки во времени при передаче сигналов, нагрузки в линии, числа ошибок и др.

При распределенном способе выбора маршрутов виртуальных каналов на каждом УК имеется матрица маршрутов, определяющая порядок выбора исходящих линий для связи с УК, к которому включен абонент-адресат. При поступлении пакета-вызова на определенный УК, в заголовке которого указан УК-адресат, по маршрутной матрице в порядке предпочтения отыскиваются свободные логические каналы в исходящих линиях, при этом номер линии и номер логического канала заносятся в таблицу путевых номеров. Таким образом, таблица путевых номеров УК при каждом запросе на установление виртуального канала записывается в соответствии с маршрутной матрицей и с учетом занятости определенных логических каналов. В сетях с КП используются также гибридные методы маршрутизации, сочетающие в себе элементы распределенной и централизованной маршрутизации.

Выбор алгоритма маршрутизации

Существенными характеристиками любого алгоритма адаптивной маршрутизации являются:

1) способ рассылки информации, используемой для построения маршрутных матриц УК;

2) период обновления маршрутных матриц.

Затраты на адаптацию складываются из расходов на сбор и рассылку служебной информации о состоянии сети и на вычислительные ресурсы для расчета маршрутных таблиц. Чем больше сеть подвержена резким колебаниям нагрузки и частым изменениям структуры, тем динамичнее должен быть алгоритм маршрутизации и тем чаще возникает необходимость в обмене

служебной информацией о состоянии сети, что приводит к отвлечению значительных ресурсов сети. Для применения оптимальных маршрутных решений на узлах необходимо располагать достоверной информацией о ситуации в сети. Эта информация может включать в себя загруженности узлов коммутации сети, длины очередей (например, в пакетах, заявках, блоках и т.п.) по направлениям связи в узлах, состояние каналов связи и т.д.; степень детализации информации зависит от конкретного алгоритма маршрутизации. Основная сложность, возникающая при этом, заключается в соизмеримости скорости изменения ситуации в сети со скоростью передачи информации об этих изменениях. На узлах при принятии маршрутных решений информация о состоянии сети оказывается устаревшей. Поэтому в большинстве случаев пользуются не мгновенными значениями контролируемых параметров, а их усредненными значениями за некоторый промежуток времени. Это связано с тем, что чрезмерно быстрая реакция на мгновенные колебания нагрузки приводит к неустойчивой работе алгоритма маршрутизации и большим издержкам на обмен служебной и формацией. В общем можно сказать, что вопросы: какие параметры сети контролировать, как часто проводить обмен служебной информацией и что конкретно она должна включать в себя, сколько это потребует связных и вычислительных ресурсов сети, – являются ключевыми при разработке новых алгоритмов адаптивной маршрутизации.

Из рассмотрения адаптивных детерминированных методов маршрутизации следует, что каждый из них ориентирован на решение определенного класса задач. Так основным достоинством адаптивных детерминированных методов (например, метода рельефов) является хорошая адаптация к структурным изменениям, но они малоэффективны при возникновении функциональных изменений (перекосов нагрузки и перегрузок). В то же время статистические методы (например, игровой), обладая достаточной эффективностью при отслеживании функциональных изменений, малоэффективны для адаптации к изменению топологии сети.

Для сетей, в равной степени характеризуемых как структурными, так и функциональными изменениями, задача совмещения в одном комбинированном методе достоинств детерминированных и статистических методов и нивелирование присущих им недостатков является актуальной. К числу таких методов относится стохастическо-детерминированный метод. Несмотря на определяющую роль маршрутизации в деле обеспечения эффективной работы сети связи, в силу сложности процессов, протекающих в системах связи, ни одну из маршрутных стратегий нельзя назвать “наилучшей” вообще. Выбор той или иной стратегии маршрутизации необходимо проводить с учетом особенностей контроля и функционирования конкретной рассматриваемой системы связи, включая характеристики и виды передаваемых потоков информации, размерность сети и ее топологию, объем памяти и производительность управляющих вычислительных комплексов узлов сети, пропускную способность линии связи. В сетях большой размерности (более 100 узлов) обычные стратегии маршрутизации оказываются неэффективными, так как возросший размер маршрутных таблиц (пропорционально числу узлов) обусловливает более высокие накладные расходы, связанные передачей по линии значительного объема служебной информации для коррекции маршрутных таблиц и большую загрузку памяти. Одним из путей решения данной проблемы является использование иерархической маршрутизации. При этом сеть разбивается на области, внутри которых маршруты вычисляются на основе региональных стратегий. Области объединяются посредством межрегиональной сети. В этом случае маршруты, соединяющие пользователей различных областей, представляют собой композицию трех локально оптимальных маршрутов (двух областных и одного межрегионального).

10. Интеллектуальные сети. Виртуальные сети

10.1. Централизация функций предоставления услуг

Этапы развития телекоммуникационных технологий

В историческом развитии сетей и услуг связи можно выделить четыре основных этапа (рисунок 10.1) [76]. Каждый этап имеет свою логику развития, взаимосвязь с предыдущими и последующими этапами. Кроме того, каждый этап зависит от уровня развития экономики и национальных особенностей отдельного государства.


Рисунок 10.1. Этапы развития сетей и услуг связи

Интеллектуальная сеть, в соответствии с рекомендациями Международного Союза Электросвязи, может создавать новые службы и приложения быстро, эффективно, гибко и экономно, не требуя изменения структуры существующей сети. Благодаря этому происходит отделение управления услугами (централизация) от услуг коммутации, сигнализации и доставки информации, использующих стандартизированные структуры и протоколы. Интеллектуальная надстройка ответственна за создание новых услуг и поддержку существующих интеллектуальных услуг.

Благодаря этому ускоряется создание новых служб и услуг. При использовании стандартных интерфейсов продукты различных изготовителей могут взаимодействовать гибко и конкурировать на равноправной основе. Трехуровневая архитектура интеллектуальной сети приведена на рисунке 10.2.


Рисунок 10.2. Уровневая архитектура интеллектуальной сети

10.2. Концепция и архитектура интеллектуальной сети (IN)

Архитектура интеллектуальной сети приведена на рисунке 10.3.


Рисунок 10.3. Архитектура интеллектуальной сети

Обмен между объектами ИС – пунктом коммутации услуги (ПКУ – Service Switching Point, SSP) и интерпретатором услуг (ИВУ – Service Control Point, SCP) реализуется подсистемой поддержки пользователя интеллектуальной сети (ПП ИС – Intelligent Network Application Part, INAP) в реальном масштабе времени.

Пункт коммутации услуг (SSP) обеспечивает доступ абонентов сети связи общего пользования к услугам IN и поддерживает протоколы взаимодействия с другими элементами IN [76]. В этом пункте происходит фиксация того, что принятый вызов от абонента требует обращения к услугам IN и направление соответствующего запроса к узлу интерпретации услуг (SCP). После оснащения коммутационного оборудования узла сети функциями SSP услуги IN могут вводиться и удаляться путем соответствующих изменений конфигурации SSP, производимых техническим персоналом через обычный интерфейс оператора. Никаких изменений системного прикладного программного обеспечения (версии ПО) узла сети при этом не требуется.

Пункт интерпретации услуг (SCP) содержит программы, централизованно реализующие логику услуг, программные средства, поддерживающие протоколы взаимодействия с другими элементами сети, системное программное обеспечение, а также базу данных реального времени.

Интеллектуальная периферия (IN Peripherals, IP) выполняет вспомогательные функции, поддерживающие диалог с абонентом, такие как передача приглашения к набору дополнительных цифр номера, прием цифр, передаваемых абонентом многочастотным способом (DTMF), распознавание речи и некоторые другие. Интеллектуальная периферия может либо быть встроена в SSP, либо реализована в обособленном оборудовании. Интеллектуальная периферия управляется со стороны SCP по протоколу INAP.

Для подключения IP к SSP используются соединительные линии с сигнализацией, поддерживаемой подсистемой ISUP системы сигнализации ОКС № 7, или линии первичного доступа ISDN с цифровой абоне