Введение
Термин "Softswitch " был придуман при разработке интерфейса между интерактивной речевой системой (IVR) и АТС с коммутацией каналов в операторской компании MCI. На данном этапе развития Softswitch исполнял функции контроллера транспортного шлюза MGC (MediaGatewayController) и CallAgent. Также на базе разработок специалистов из компаний Bellcore и Level3 Communication в IETF была создана первая спецификация протокола управления шлюзами MGCP (MediaGatewayControlProtocol), которая является одной из ветвей родословной Softswitch. Другой предшественник Softswitch – привратник GK. На сегодняшний момент существует достаточное количество определений Softswitch, поэтому, для лучшего понимания, разумнее перечислить основные функции Softswitch.
Управление обслуживанием вызовов, т.е. установлением и разрушением соединений путем выполнения функции CallAgent. Данные функции гарантируют, что соединение сохранится до тех пор, пока не даст отбой вызвавший или вызываемый абонент. Также в число функций входят распознавание и обработка цифр номера, распознавание момента ответа вызываемой стороны, момента, когда один из абонентов кладет трубку, и регистрация этих действий для начисления платы.
Технология Softswitch
Всеобщий интерес начинают вызывать устройства, которые смогли бы обеспечить тесное взаимодействие сетей различных технологий не только на физическом уровне, но и на уровнях формирования и предоставления услуг. Совершенно ясно, что необходимо строить сети связи, которые бы
поддерживали непрерывный контроль над формированием и предоставлением услуг и обработку вызовов клиента по одним и тем же
правилам, гарантирующим запрошенный уровень качества обслуживания, независимо от того, как происходит транспортировка услуги и через какое оборудование она предоставляется клиенту. Несмотря на кажущееся отличие пакетных и классических сетей и их конкуренцию между собой, они давно уже идут одним путем развития – разделения уровней предоставления услуг (транспорт и коммутация), от средств формирования услуг (обработка вызовов по заданным правилам).
Так, внедрение на телефонной сети общего пользования наложенной сети сигнализации ОКС № 7, привело к возможности разделения путей следования речевого трафика и сигнальной информации и реализации архитектуры интеллектуальной сети с разделением уровня предоставления услуг (SCP) и уровня управления, формирования услуг (SSP, IP). Применение такого подхода позволяет телефонным операторам, используя уже существующее оборудование, быстро и гибко формировать новые услуги для предоставления их пользователям.
Если обратиться к пакетным сетям, то такое разделение (принцип декомпозиции шлюза) присутствует и здесь: шлюзы, устройства управления шлюзами и шлюзы сигнализации (последние два устройства могут объединяться и быть совмещены с устройствами, формирующими дополнительные услуги).
Объединение интеллектуальной периферии сетей связи независимо от применяемых ими технологий помогло реализовать решение, отвечающее вышеупомянутым пожеланиям операторов.
Если связать шлюзы не напрямую, а через промежуточное устройство
– программный коммутатор (от англ. Softswitch – программный переключатель, коммутатор), к которому подключена система биллинга, то это позволит с минимальными затратами, без кардинального изменения схемы построения существующих сетей избавиться от типичных недостатков традиционных схем IP-телефонии. Из таблицы видно те преимущества, которые получат как операторы, так и пользователи, использующие программный коммутатор по сравнению с ТфОП
Таблица 2.1 – Сравнение современных АТС и систем Softswitch
Таким образом, Softswitch соединяет в себе надежность и другие особенности, ожидаемые пользователями от стандартной телефонии, и эффективность, экономичность и гибкость сетей данных. Программное обеспечение предоставляет возможность взаимодействия неоднородных сетей, которые поддерживают широкий набор сигнальных протоколов (включая ОКС7, MGCP, H.323 и SIP). Протоколы сигнализации в единый формат, что упрощает введение новых протоколов. Эта возможность позволяет операторам ТфОП и IP-телефонии обеспечить возможность полного и прозрачного взаимодействия между ТфОП и IP-телефонии. К тому же эта трансляция улучшает возможность взаимодействия между межсетевыми шлюзами различных поставщиков, что предоставляет дополнительные возможности расширения рынка. Таким образом, программный коммутатор отвечает за авторизацию и аутентификацию клиента, генерацию CDR и конвертацию разных типов сигнализаций (SIP/H.323/MGCP/ISDN/ISUP). Естественно в сети может существовать несколько коммутаторов Softswitch, а в качестве протокола взаимодействия между ними может выступать SIP/SIP-T.
1.2 Структура Softswitch
Softswitch – это модель взаимодействия стандартных программных модулей, которые реализуют контроль вызовов, сигнализацию, взаимодействие протоколов и создание услуг внутри конвергентной сети.
InternationalPacketCommunicationConsortium (IPCC, бывший InternationalSoftswitchConsortium) разработал четыре базовых компонента Softswitch: агент связи, шлюз сигнализации, сервер приложений и управление оконечным устройством.
- Агент связи (Sessionagent);
- Шлюз сигнализации (Signalinggateway) является устройством
для интеграции с уже существующей сигнализацией ТфОП ОКС№7 и для поддержки возможностей Интеллектуальной Сети (IN) в сети на базе Softswitch;
- Сервера приложений (Applicationservers) добавляют в Softswitch некоторую многогранность, предоставляя новые услуги на базе технологии IP, такие как унифицированная почта, поддержка конференций
и IP centrex;
- Эти серверы взаимодействуют с элементами контроля вызова Softswitch посредством протокола SIP или других протоколов;
- Сервера управления взаиморасчетами (Back-endservers) осуществляют такие функции, как ведение счетов, авторизация и налогообложение, поддержка биллинга и т.д. Ключевыми возможностями
| являются функция детализации | вызова | (CDR), | поддержка | |||||
| противоположных | по | своим | задачам | таких | ||||
| составляющих, | как | провайдера, | центра | взаиморасчетов | и | |||
управления приложением IP-телефонии из Web-браузера. Они также переадресуют вызовы к ТфОП в случае временных неполадок в IP сетях, известных как «crankbank».
Эти компоненты объединены в структуру коммутации и контроля за вызовом, основанную на современном ПО с открытыми стандартами, в отличие от базирующихся на коммутации каналов продуктов ТфОП,являющихся эксклюзивной разработкой сети. Поставщики оборудования могут изменять структуру Softswitch, включая в его состав различные компоненты, в зависимости от потребностей и конструкции. Гибкость при построении для расширения возможностей позволяет плавно перейти к сетям NGN.
IPCC считает, что сеть NGN базируются на трехуровневой архитектуре, в которой логически разделены транспортный уровень, уровень управления вызовом и прикладной уровень. Тогда Softswitch располагается на втором и третьем уровнях, управляя речевым трафиком и данными между ТфОП и сетями на базе IP, а также на пути к месту назначения. Модель Softswitch отделяет услуги от доступа и транспортных технологий, являясь важным элементом структуры, позволяющим владельцам сети привнести интернетовский стиль в создания телефонных услуг.
Рисунок 1. – Состав аппаратно-программного комплекса гибкого коммутатора
Оборудование, реализующее функции гибкого коммутатора должно включать в себя устройство управления шлюзами (MediaGatewayController, MGC) и шлюз сигнализации (SignalingGateway, SG), которые.
Устройство управления шлюзами MGC должно обеспечивать реализацию следующих функций:
- функции управления базовыми вызовами, включая
маршрутизацию вызова и трансляцию адресов между различными планами нумерации посредствам стандартных протоколов сигнализации;функции управления транспортными шлюзами посредством стандартных протоколов управления;
- функции межсетевого взаимодействия с устройствами управления вызовами сети с коммутацией пакетов (MGC, SIP-сервер, привратник Н.323) посредством стандартных протоколов сигнализации через стандартные транспортные протоколы;
- функциимежсетевоговзаимодействияспунктами
сигнализации международно/междугородной и местной сети ОКС № 7 через шлюз сигнализации SG;
- функции взаимодействия с серверами приложений (Application
Server, AS) через открытые программные интерфейсы (API), управления услугами и управления правами доступа;
- если MGC взаимодействует с узлами SCP IP, то взаимодействие должно осуществляться по протоколу INAP-R через шлюз сигнализации SG;
- взаимодействие со шлюзами сигнализации через стандартные протоколы передачи сигнальных сообщений;
- функции аутентификации и авторизации оконечного оборудования пользователя;
- функции эксплуатации и административного управления;
- функции генерации стандартных файлов CDR и сбора статистической информации для учета стоимости за установленные вызовы.
Шлюз сигнализации SG должен обеспечивать реализацию следующих функций:
- функции передачи сигнальных сообщений между сетью ОКС
№ 7 и устройством управления шлюзами MGC посредством стандартных транспортных протоколов, обеспечивающих возможность транспортировки сообщений протоколов стека SIGTRAN;
- функции передачи сигнальных сообщений протокола V5.2 в устройство управления шлюзами MGC посредствам стандартных транспортных протоколов.
В общем случае, комплекс оборудования, реализующий функции гибкого коммутатора может включать в себя следующие дополнительные
программно-аппаратные устройства: транспортный шлюз, сервер приложений, медиа-сервер, SIP-прокси-сервер, привратник Н.323. Набор дополнительных программно-аппаратных устройств, входящих в состав гибкого коммутатора, зависит от способов применения Оборудования на ВСС России.
Сервер приложений (ApplicationServer, AS) реализуется специализированным программным обеспечением, которое поддерживает программных клиентов со встроенным набором распределенных
вычислительных возможностей, обеспечивающих реализацию дополнительных услуг в среде реализации логики услуги.
Сервер приложений должен обеспечивать реализацию следующих функций:
- функции управления услугами;
- функции создания услуг стандартными средствами API и скриптовых языков;
- функции предоставления в защищенном режиме программируемого интерфейса для административного домена третьей стороны; функции эксплуатационного управления услугами;
- функции высокоскоростной базы данных (внутренней или внешней) с целью сохранения данных об услугах и о подписчиках на услуги;
- функции взаимодействия с устройством управления шлюзами MGC посредством открытых программных интерфейсов или стандартных протоколов.
- Сервер приложений может поддерживать услуги маршрутизации, аутентификации, авторизации вызовов, учета стоимости и
управления политикой качества услуг.
Медиа сервер (MediaServer, MS) может обеспечивать реализацию следующих функций:
- функции ресурсов мультимедиа (например, распознавание дополнительных тоновых сигналов и речевых сигналов, синтез речи, разветвление и коммутация потоков мультимедиа);
- возможность управления ресурсами мультимедиа со стороны приложений и услуг (например, сохранение, проигрывание и запись мультимедиа сообщений, функции моста для конференц-связи, отправление и получение факсов); функции программируемых
интерфейсов и интерпретации скриптовых языков.
Минимальная конфигурация программного коммутатора содержит всего два устройства: контроллер медиа-шлюзов (MGC) и конвертор SIP (SIP Proxy).
Устройство управления шлюзами MGC может быть реализовано на базе высокопроизводительного промышленного сервера, другие устройства, входящие в состав гибкого коммутатора, могут быть реализованы, как специализированные программно-аппаратные устройства.
Кроме того, программные коммутаторы Softswitch могут иметь единую или распределенную структуру.
Единая структура, изображенная на рис. 2.5, подразумевает наличие всех модулей Softswitch, входящих в его состав в виде серверов, выполняющих все требуемые функции, взаимодействующих между собой по внутримашинному интерфейсу. Как правило, это ПО, заложенное производителем в структуру Softswitch. Такая структура подходит для тех операторов, которые строят полностью новую сеть.
| Сервес ОКС№7 | Шлюз | ||||
| Сервес ISDN PRI | |||||
| Сервес IPDC | . | ||||
| . | |||||
| . | |||||
| УУ | Сервес H.323 | ||||
| Сервес SIP | |||||
| Привратник | |||||
| Сервес приложений | |||||
…..
Рисунок 2. – Единая структура Softswitch
Если оператор уже существовал в том или ином виде на рынке предоставления услуг связи, и у него уже есть некая структура сети, для него экономически целесообразней ставить Softswitch второго типа. Распределенная структура, которая отражена на рис. 2.6, подразумевает наличие управляющего устройства и набора модулей, взаимодействующих друг с другом по стандартному протоколу, такому как MGCP. Такая структура программного коммутатора позволяет оператору выбирать тот набор элементов, которых недостает в его сети. Так, например, если в сети уже стоял привратник для связи с ТфОП, то не имеет смысла дублировать его и ставить Softswitch, выполняющий те же функции.
Рисунок 3. – Распределенная структура Softswitch
1.3 Функциональная модель Softswitch
С точки зрения телефонной сети общего пользования с одной стороны это пункт сигнализации ОКС №7 (SP, STP), с другой транзитный коммутатор поддерживающий системы сигнализаций (E-DSS1, CAS).
С точки зрения пакетных сетей (IP) – это устройство управления медиашлюзами (MediaGatewayController), одновременно контроллер сигнализаций (SignallingController) и УУ терминальным оборудованием для сетей Н.323 и SIP.
Для осуществления всех этих функций, устройство должно уметь работать с протоколами сигнализаций, построенными по различной архитектуре, и взаимодействовать с медиашлюзами основанными на различных технологиях. На рисунке 2.7 показаны протоколы, поддерживаемые программным коммутатором. Решение поставленных задач в Softswitch осуществляется за счет отделения функцией взаимодействия со специализированными протоколами (оборудованием), от функций обработки и маршрутизации вызовов между аппаратной частью и программным ядром устройства. Все сообщения протоколов сигнализации и управления устройствами приводятся к единому виду, удобному для представления в единой программной модели обработки вызовов.
Расчетная часть
Расчет возникающей нагрузки на сеть города Актобе
Возникающую нагрузку создают вызовы, поступающие от абонентов (источников) и занимающие на некоторое время различные устройства станции следует различать три категории источников:
- Народнохозяйственный сектор;
- Квартирный сектор;
- Таксофоны.
При этом интенсивность местной нагрузки может быть определена, если известны следующие основные параметры:
Nнх, Nк, Nт – число телефонных аппаратов народнохозяйственного сектора, квартирного сектора и таксофонов;
Снх, Ск, Ст – среднее число вызовов в ЧНН от одного источника i-й категории;
T – средняя продолжительность разговоров абонентов i-й категории в
ЧНН;
Рр – доля вызовов, закончившихся разговором.
Общее количество номеров в г. Актобе составляет около 93900, которые делятся между АТС – 51/52 и АТС – 21/22. На общую емкость АТС
– 51/52 приходится 52000 номеров, из них:
- народнохозяйственный сектор – 46,3 %;
- квартирный сектор – 54,2 %;
- таксофоны – 0,5%.
Число аппаратов i-й категории для АТС – 51/52 рассчитывается по формулам:
| N НХ | = | N × НС % | , | |||
| 100% | ||||||
| NК | = | N × КС % | , | |||
| 100% | ||||||
| NТ | = | N × Т % | . | |||
| 100% | ||||||
Рассчитаем число номеров для АТС – 51/52 города Актобе:
N НХ 51/ 52=52000×46,3%=24076номеров,
100%
(3.1)
(3.2)
(3.3)
NК 51/ 52=52000×52,2%=27144номера,
100%
N =52000×0,5%= 260 номеров.
Т 51/ 52 100%
Аналогично делаем расчет для АТС – 21/22 на 41900 номеров, из них:
- Народнохозяйственный сектор – 34,3%
- Квартирный сектор – 65,4%
- Таксофоны – 0,3%
N =41900×34,3%= 14372 номера,
НХ 21/ 22 100%
NК 21/ 22=41900×65,4%=27403номера,
100%
N =41900×0,3%= 125 номеров.
Т 21/ 22 100%
Возьмем параметры нагрузки для всех станций одинаковые. Среднее число вызовов в ЧНН: СНХ = 3.2, СК = 1.2, СТ = 0.4. Средняя продолжительность разговора абонентов в ЧНН Т = 140 с. Доля вызовов, закончившихся разговором РР = 0,5.
Интенсивность возникающей местной нагрузки источников i-й категории, выраженная в Эрлангах определяется формулой:
| У i = | N iCiti Эрл, | (3.4) | ||
УОбщ = УНХ + УК + УТ
(3.5)
ti – средняя продолжительность одного занятия:
| ti = ai PP (tCO + ntН + t y + tПВ + Ti)с. | (3.6) |
Продолжительность отдельных операций по установлению связи, входящих в формулу (3.5), принимает следующей:
–время слушания сигнала ответа станции tCO = 2,7 c; –время набора n знаков номера с ТА ntH = 1,4n с;
–время посылки вызова вызываемому абоненту при состоявшемся
разговоре tПВ = 6 – 7 с;
–время установления соединения tУ = 1,8 с.
Коэффициент αi учитывает продолжительность занятия приборов вызовами, не закончившихся разговором. Его величина в основном зависит от средней длительности разговора Тi и доли вызовов, закончившихся разговором РР, я принял αi = 1,16 исходя из рисунка 3.1.
a
1,25
РР=0,5
1,20
РР=0,55
РР=0,60
РР=0,65
1,15
80 90 100 110 120 130 140
Рисунок 3.1 – Зависимость коэффициента α от T и Pp
Рассчитаем интенсивность возникающей нагрузки каждой станции города Актобе.
Средняя продолжительности одного занятия будет одинакова для всех станций:
tHX = tK = tT = 1,16 · 0,5 · (2,7 + 1,4 · 6 + 1,8 + 7 + 140) = 92,742 с.
Для АТС – 51/52 нагрузка составит:
| У НХ 51/ 52= | N | НХ CНХ tНХ | = | 24076 ×3,2 ×92,742 | = 1984,76 Эрл, | ||||||||||||||
| У К 51/ 52= | N КCК tК | = | 27144 ×1,2 ×92,742 | = 839,13 Эрл, | |||||||||||||||
| У | = | N | C t | = | 260 × 0,4 ×92,742 | = 2,68 Эрл, | |||||||||||||
| Т 51/ 52 | Т | ||||||||||||||||||
| Т Т | |||||||||||||||||||
УОбщ = 1984,76 + 839,13 + 2,68 = 2826,57 Эрл.
Аналогично для АТС – 21/22 нагрузка составит:
| У НХ 21/ 22= | N НХ CНХ tНХ = | 14372 × 3,2 ×92,742 | = 1184,79 Эрл, | |||||||||||||||
| У К 21/ 22= | N | К CК tК | = | 27403 ×1,2 ×92,742 | = 847,14 Эрл, | |||||||||||||
| У | = | N | C t | = | 125 × 0,4 ×92,742 | = 1,29 Эрл, | ||||||||||||
| Т 21/ 22 | Т | |||||||||||||||||
| Т Т | ||||||||||||||||||
УОбщ = 1184,79 + 847,14 + 1,29 = 2033,22 Эрл.
В связи с тем, что в городе Актобе местную связь предоставляют несколько операторов, для примера я рассчитаю нагрузку от оператора ТОО «Свим» как от одного узла связи.
Для узла связи ТОО «Свим» возникающую нагрузку определим как удельную нагрузку одного абонента.
УСвим=0,06 · N = 0,06 · 14300 = 858 Эрл.
Занесем результаты расчетов возникающей нагрузки в таблицу 3.1.
| Таблица 2. | – Результаты расчетов | ||
| Номер станции | Емкость, номеров | УОбщ, Эрл | |
| АТС 51/52 | 2826,57 | ||
| АТС 21/52 | 2033,22 | ||
| АТС «Свим» | |||
