Модернизация сети передачи данных Витебской области

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

— Шлюз является соединяющим мостом между  ТфОП и IP. Основная функция шлюза — преобразование речевой (мультимедийной) информации, поступающей со стороны ТФОП с постоянной скоростью, в вид, пригодный для передачи по IP-сетям, т. е. кодирование информации, подавление пауз в разговоре, упаковка информации в пакеты RTP/UDP/IP, а также обратное преобразование. Кроме того, шлюз должен преобразовывать аналоговую абонентскую сигнализацию, сигнализацию по 2ВСК и сообщения систем сигнализации DSS1 и ОКС7 в сигнальные сообщения Н.323. При отсутствии в сети привратника должна быть реализована еще одна функция шлюза: преобразование номера ТфОП в транспортный адрес IP-сети.

Организация связи между узлами протокола  H.323 представлена на рисунке 5.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 5- Организация связи между узлами протокола H.323

 

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

В число  наиболее важных функций, выполняемых  привратником, входят

а) преобразование alias-адреса (имени абонента, телефонного номера, адреса электронной почты и др.) в транспортный адрес сетей с маршрутизацией.

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

в) контроль, управление и резервирование пропускной способности сети;

г) маршрутизация  сигнальных сообщений между терминалами, рас положенными в одной зоне.

д) идентификация  пользователей при их перемещении.

 

Протокол SIP

 

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

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

— персональная мобильность пользователей. Пользователю присваивается уникальный идентификатор, а сеть предоставляет ему услуги связи;

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

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

Протокол SIP может быть использован совместно  с протоколом Н.323. Возможно также  взаимодействие протокола SIP с системами  сигнализации ТфОП - DSS1 и ОКС7. Одной из важнейших особенностей протокола SIP является его независимость от транспортных технологий. В качестве транспорта могут применяться протоколы Х.25, Frame Relay, AAL5, IPX и др. Структура сообщений SIP не зависит от выбранной транспортной технологии. Пример построения сети SIP представлен на рисунке 6.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 6  - Пример построения SIP сети

 

Сеть SIP содержит следующие основные элементы

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

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

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

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

— Сервер местоположения (location server) — база адресов, доступ к которой имеют SIP-серверы, пользующиеся ее услугами для получения информации о возможном местоположении вызываемого пользователя. Приняв запрос, сервер SIP обращается к серверу местоположения, чтобы узнать адрес, по которому можно найти пользователя.

В ответ  тот сообщает либо список возможных  адресов, либо информирует о невозможности  найти их.

1.2 Концепция IMS

1.2.1 Ключевые факторы перехода к IMS

 

Концепция IP Multimedia Subsystem (IMS) описывает новую сетевую архитектуру, основным элементом которой является пакетная транспортная сеть, поддерживающая все технологии доступа и обеспечивающая реализацию большого числа инфокоммуникационных услуг. Ее авторство принадлежит Third Generation Partnership Project (3GPP). IMS изначально разрабатывалась применительно к построению мобильных сетей 3-го поколения на базе протокола IP. В дальнейшем концепция была принята Комитетом ETSI-TISPAN, усилия которого были направлены на спецификацию протоколов и интерфейсов, необходимых для поддержки и реализации широкого спектра услуг в стационарных и мобильных сетях с использованием стека протоколов IP[3].

По  существу концепция IMS возникла в результате эволюции сетей UMTS, когда область  управления мультимедийными вызовами и сеансами на базе протокола SIP добавили к архитектуре сетей 3G. Среди основных свойств архитектуры IMS можно выделить следующие

— многоуровневость — разделяет уровни транспорта, управления и приложений;

— независимость  от среды доступа — позволяет  операторам и сервис- провайдерам конвергировать фиксированные и мобильные сети;

— поддержка  мультимедийного персонального  обмена информацией в реальном времени (например, голос, видео-телефония) и  аналогичного обмена информацией между  людьми и компьютерами (например, игры);

— полная интеграция мультимедийных приложений реального и нереального времени (например, потоковые приложения и  чаты);

— возможность  взаимодействия различных видов  услуг;

— возможность  поддержки нескольких служб в  одном сеансе или организации  нескольких одновременных синхронизированных сеансов.

1.2.2 Архитектура IMS

 

Концепция IMS, состоит в том, что доставка любой услуги никаким образом не соотносится с коммуникационной инфраструктурой (за исключением ограничений по пропускной способности). Воплощением принципа является многоуровневый подход, используемый при построении IMS. Он позволяет реализовать независимый от технологии доступа открытый механизм доставки услуг, который дает возможность задействовать в сети приложения сторонних поставщиков услуг[6].

В составе IMS выделяются три уровня: транспортный уровень, уровень управления и уровень услуг.

Представим  архитектуру IMS на рисунке 7[3].

 

 

Рисунок 7- Архитектура IMS

 

 

 

Транспортный  уровень

 

Транспортный  уровень отвечает за подключение абонентов к инфраструктуре IMS посредством пользовательского оборудования (User Equipment — UE). В роли данного оборудования могут выступать любой терминал IMS (например, телефон 3G, КПК с поддержкой Wi-Fi, или же широкополосный доступ). Также возможно подключение через шлюзы не-IMS терминалов (например, терминалы ТфОП).

Основное  оборудование транспортной плоскости

— MRF (Media Resource Function) - медиасервер. Состоит из процессора мультимедийных ресурсов MRFP (Media Resource Function Processor) и контроллера MRFC;

— MRFC обеспечивает реализацию таких услуг, как конференц-связь, оповещения или перекодирование передаваемого сигнала. Предполагалось, что MRFC должен обрабатывать SIP-сообщения, получаемые через узел S-CSCF (Serving Call Session Control Function), и использовать команды протокола управления медиашлюзом (MGCP, H.248 MEGACO) для управления процессором MRFP. К тому же MRFC обеспечивает предоставление необходимой информации системам тарификации и биллинга;

— MRFP — процессор MRFP распределяет медиаресурсы сети согласно командам от MRFC. Его основными функциями являются

- обслуживание  потоков мультимедийных данных  для служб оповещения;

- объединение  входящих мультимедиа потоков;

-обработка  потоков мультимедийных данных, например транскодирование;

- MGW (Media GateWay) — транспортный шлюз; обеспечивает прямое и обратное преобразование потоков RTP в потоки сетей с коммутацией каналов (ТфОП);

— I-BGF (Interconnect Border Gateway Function) — межсетевой пограничный шлюз; обеспечивает взаимодействие между сетями IPv4 и IPv6. Отвечает за обеспечение функций безопасности (трансляцию адресов и портов NAPT, функции firewall, инструменты QoS);

— GGSN (Gateway GPRS Support Node) — шлюзовой узел GPRS или узел маршрутизации; представляет собой шлюз между сотовой сетью (ее частью —GPRS) и IMS. GGSN содержит всю необходимую информацию о сетях, куда абоненты GPRS могут получать доступ, а также параметры соединения. Основной функцией GGSN является роутинг (маршрутизация) данных, идущих к абоненту и от него через SGSN;

— SGSN (Serving GPRS Support Node) — узел обслуживания абонентов GPRS; основной компонент GPRS-системы по реализации всех функций обработки пакетной информации;

— RAN — Radio Access Network - оборудование радиодоступа; обеспечивает взаимодействие IMS и сотовых систем электросвязи;

— PDG – Packet Data Gateway) — пакетный шлюз. Данный сетевой элемент обеспечивает доступ пользовательского оборудования WLAN к IMS. Отвечает за трансляцию удаленного IP-адреса, регистрацию пользовательского оборудования в IMS, обеспечивает выполнение функций безопасности;

— WAG (Wireless Access Gateway) — шлюз беспроводного доступа; обеспечивает соединение сетей WLAN и IMS;

—A-BGF/BAS (Access Border Gateway Function / Broadband Access Switch) —обеспечивает доступ широкополосного пользовательского оборудования к IMS. Выполняет функции, аналогичные I-BGF;

— DSLAM (Digital Subscriber Line Access Multiplexer) - цифровой абонентский шлюз доступа — обеспечивает соединение абонентов, использующих широкополосный доступ (стационарный, например xDSL) к IMS.

 

Плоскость управления

 

Уровень управления — это совокупность функций IMS, которые осуществляют все действия по управлению сеансами связи. Основные элементы:

— CSCF (Call Session Control Function)- элемент с функциями управления вызовами и сеансами. Функция CSCF является основной на плоскости управления IMS- платформы. Модуль CSCF, используя протокол SIP, выполняет функции, обеспечивающие доставку множества услуг реального времени посредством транспорта IP.Функция CSCF использует динамическую информацию для эффективного управления сетевыми ресурсами (граничные устройства, шлюзы и серверы приложений) в зависимости от профиля пользователей и приложений. Модуль CSCF включает три основных функции:

— Serving CSCF (S-CSCF) - обслуживающая CSCF. Обрабатывает все SIP-сообщения, которыми обмениваются оконечные устройства;

— Proxy CSCF (P-CSCF) - через нее в систему IMS поступает весь пользовательский трафик;

— Interrogating CSCF (I-CSCF) - запрашивающая CSCF. Представляет собой точку соединения с домашней сетью. I-CSCF обращается к HSS, чтобы найти S-CSCF для конкретного абонента;

— S-CSCF обеспечивает управление сеансами доставки мультимедийных сообщений транспорта IP, включая регистрацию терминалов, двустороннее взаимодействие с сервером HSS (получение от него пользовательских данных), анализ сообщения, маршрутизацию, управление сетевыми ресурсами (шлюзами, серверами, пограничными устройствами) в зависимости от приложений и профиля пользователя;

— P-CSCF создает первую контактную точку  на сигнальном уровне внутри ядра IMS для терминалов IMS данной сети. Функция P-CSCF принимает запрос от или к терминалу и маршрутизирует его к элементам ядра IMS. Обслуживаемый терминал пользователя закрепляется за функцией P-CSCF при регистрации в сети на все время регистрации. Модуль P-CSCF реализует функции аутентификации пользователя, формирует учетные записи и передает их в сервер начисления платы.

Одним из элементов модуля P-CSCF является Policy Decision Function (PDF) — функция выбора политики, оперирующая с характеристиками информационного трафика (например, требуемая пропускная способность) и определяющая возможность организации сеанса или его запрета, необходимость изменения параметров сеанса и т. д.;

— I-CSCF создает первую контактную точку  на сигнальном уровне внутри ядра IMS для всех внешних соединений с абонентами данной сети или визитными абонентами, временно находящимися в сети. Основная задача модуля I-CSCF — идентификация привилегий внешнего абонента по доступу к услугам, выбор со- ответствующего сервера приложений и обеспечение доступа к нему;

— BGCF (Breakout Gateway Control Function) - функция управления шлюзами, управляет пересылкой вызовов между доменом коммутации каналов (ТфОП или GSM) и сетью IMS. Данный модуль осуществляет маршрутизацию на основе телефонных номеров и выбирает шлюз в домене коммутации каналов (КК), через который сеть IMS (где расположен сервер BGCF) будет взаимодействовать с ТфОП или GSM. Здесь также производится генерация соответствующих учетных записей для начисления платы абонентам сетей КК;