Телекомунікаційні системи та мережі. Том 1. Структура й основні функції.  /  Зміст  /  Розділ 11. Конвергенція в телекомунікаційних системах   /  Тема 11.4. Якість конвергентних послуг

Зміст:

11.4.1. Якість конвергентних послуг

Різноманітність мереж, технологій, видів послуг, які надають ТМЗК користувачам на період конвергенції, приводить до формування в межах GII загальних підходів до параметрів і нормативів якості послуг. Національні регулятори ТМЗК у своїй діяльності мають керуватися злагодженими між країнами — учасниками телекомунікаційного процесу вимогами QoS до якості послуг, що надаються операторами і провайдерами. Перш за все, йдеться про послуги ТМЗК, які згідно з Директивою Європейського Союзу (ЄС) підлягають обов’язковому регулюванню з боку національних регуляторів. Зазначені документи посилаються на ряд стандартів ETSI, які визначені як обов’язкові для виконання на МЗЗК країн — членів ЄС.

З урахуванням перспективи вступу України в ЄС, усі параметри і нормативи якості конвергентних послуг в Україні необхідно буде приводити у відповідність з європейськими і світовими вимогами.

Оператори зв’язку зобов’язані, в першу чергу, надавати загальнодоступні (універсальні) послуги нормованої якості. У власних мережах оператори мають право використовувати будь-які стандартизовані технології обробки, комутації, перенесення інформації, тим самим надаючи споживачам інтегровані послуги різних класів якості. Рівень тарифів на послуги має відповідати класам якості, а параметри якості і нормативи на них для різних класів якості — вимогам стандартів ETSI.

Розглянемо підходи ETSI до оцінки параметрів якості інтегрованих послуг і їх нормування в ТМЗК.

У термін апробації нормативів пропонуються тільки два класи якості послуг:

  • середній;
  • низький.

Середньому класу відповідають певні граничні тарифи на послуги телефонного зв’язку.

З часом може бути впроваджено ще три класи якості послуг:

  • найвищий;
  • високий;
  • поганий (табл. 11.4.1)

Таблиця 11.4.1 Шкала якості перенесення мовленнєвої інформації

R, %
Якість перенесення мовленнєвої інформації
Коментар
90 < R < 100
80 < R < 90
70 < R < 80
60 < R < 70
50 < R < 60
Найвища
Користувачі повністю задоволені
Висока
Середня
Низька
Погана
Користувачі задоволені
Деякі користувачі не задоволені
Багато користувачів не задоволено
Майже всі користувачі не задоволені

Приклади граничних сценаріїв передачі мови і досяжна при цьому якість наведені в табл. 11.4.2, де використані такі позначення:

  • WEPL — зважене загасання «ехо»;
  • TELR — показник гучності «ехо» в умовах мови абонента;
  • Т — одностороння затримка;
  • Та — абсолютна затримка;
  • Тt — затримка в кільці «ехо».

Таблиця 11.4.2 Граничні сценарії якості передачі мови

Сценарій послуг/мереж
Значення вимірюваних параметрів
R, %
Якість передачі мови
Місцеве з'єднання двох ISDN абонентів
Без відхилень
94
Вища
З'єднання двох аналогових абонентів, затримка 20 мс, середній рівень показника гучності «ехо» без активного управління «ехо»
TELR = 35 дБ,
WEPL = 50 дБ,
Т = 20 мс,
Те = 40 мс,
Та = 20 мс
82
Висока
З'єднання мобільного
і аналогового стаціонарного абонента за оцінкою мобільного абонента; ехо-компенсатор у мобільного абонента
TELR = 68 дБ,
WEPL = 101 дБ,
Т = 110 мс,
Тt= 220 мс,
Та = 110 мс,
le = 20
72
Середня
Те саме за оцінкою стаціонарного абонента
TELR = 53 дБ,
WEPL = 101 дБ,
Т= 110 мс, Тt= 220 мс,
Та = 110 мс, le = 20
64
Низька
Передача мови по IP
G.729 А + детектор активності мови при частці втрати пакетів, рівній 2 %
Т = 300 мс,
Тt= 600 мс,
Та = 300 мс,
55
Погана

Використання шкали оцінок якості (не залежної від технологій обробки, перенесення мовленнєвої інформації і чинників, що заважають, у каналі зв’язку) доставленої абоненту мови дозволяє встановити категорії з’єднань у ТМЗК згідно з нормованою якістю і поставити тарифи на послуги в залежність від категорій з’єднань. Такий підхід дає можливість надавати кожному абоненту ТМЗК послуги мовленнєвої інформації різної якості відповідно до його бажань і фінансових можливостей на основі диференційованих тарифів. Для реалізації такого підходу має бути створена технічна, правова і економічна база, що забезпечує впровадження проектів з підвищення пропускної здатності мереж NII України, які розвиваються.

Зараз у ТМЗК оператори мереж надають загальнодоступні інтегровані послуги незалежно від їх якості за єдиними граничними тарифами, що суперечать вимогам Закону України «Про телекомунікації», в якому встановлені вимоги до відповідності рівня тарифів якості послуг (QoS).

Популярність конкретних послуг зв’язку визначається, зрештою, балансом між новими можливостями, що надаються користувачеві, і вартістю послуги.

Рівень послуг/управління в Концепції NGN. Рівень послуг/управління в Концепції NGN здійснює управління послугами і виконання сервісної логіки, забезпечуючи обробку викликів та надання різних за складністю послуг. До пристроїв цього рівня належать так званий софтсвіч (або контролер медіашлюзів — MGC) та сервер прикладних програм (AS). Для реалізації послуг ці пристрої взаємодіють з пристроями рівнів інформації та сигналізації.

Приклад побудови MGC показано на рис. 11.4.1.

Рис. 11.4.1. Реалізація архітектури софтсвіча

Контролер медіашлюзів управляє роботою одного або кількох медіашлюзів, які забезпечують взаємодію мереж на нижчих рівнях (див. рис. 11.4.1). Софтсвіч зосереджує у собі інтелект пари «Шлюз-контролер», яка виконує функції місцевої або міжміської АТС; він обов’язково повинен:

  • зберігати стан усіх викликів, що проходять через медіашлюз;
  • встановлювати з’єднання між двома медіашлюзами або між медіашлюзом та IP-телефоном/терміналом;
  • бути посередником у виборі параметрів інформаційного потоку;
  • видавати та закінчувати сигнальні повідомлення між кінцевими точками шлюзів, іншими софтсвічами й іншими мережами та пристроями.

Окрім того, MGC може управляти певними мережними ресурсами (портами MG, смугою пропускання тощо), здійснювати контроль допуску до мережі й інше.

Взаємодія між шлюзом і контролером здійснюється через протокол Megaco (H.248) або MGCP.

Окрім здійснення власне управління з’єднаннями, софтсвіч реалізує інші функції, які можуть бути інтегровані на одній апаратній платформі або розподілені між різними системами, що спільно утворюють MGC-рішення. З метою ефективного розподілу навантаження та забезпечення надійності системи MGC може бути реалізований як сукупність функціональних блоків.

Основними складовими софтсвіча є:

  1. Менеджер транскодерної взаємодії (функція взаємодії IW-F). Забезпечує взаємодію сигналізації різних мереж (ЗКС 7, BICC та SIP, H.323 та SIP тощо).
  2. Менеджер сеансів доступу (функція маршрутування викликів R-F і функція тарифікації A-F). R-F надає MGC інформацію про маршрутування виклику — як усередині мережі, так і ззовні, а A-F накопичує відомості щодо тарифікації і видає дані по кожному сеансу послуги для тарифікації і подальшого планування послуг. Інформація щодо тарифікації накопичується та видається для кожного виклику окремо; для складних інтелектуальних послуг відповідну інформацію генерує сервер прикладних програм. Обидві функції можуть отримувати інформацію із зовнішніх джерел, взаємодіяти з AS для надання користувачеві послуг, а також поєднуватися послідовно або ієрархічно залежно від складності з’єднання/сеансу та сервісної логіки. R-F діє у відповідності з протоколами ENUM і TRIP; A-F використовує протокол RADIUS.
  3. Шлюз доступу до відкритих послуг і проксі-сервер доступу до послуг. Ці елементи спільно виконують розділення та розподіл сигналізації та інформаційних потоків для відкритих і традиційних послуг відповідно. Через ці пристрої здійснюється доступ до серверів прикладних програм, які реалізують послуги, що не надаються самим софтсвічем. Зв’язок з серверами відбувається через протоколи управління (SIP) або відкриті інтерфейси прикладних програм (API) — Parlay, JAIN тощо.
  4. Агенти оперативної підтримки (ОП) та ТЕіО — взаємодіють із зовнішніми менеджерами ТЕіО, які розташовані в центрі оперативної підтримки і забезпечують управління мережами та послугами.

У разі розподіленого варіанта взаємодія названих підсистем має відбуватися з використанням міжплатформного програмного забезпечення CORBA. Такий підхід забезпечує високу надійність системи (стійкість до помилок як у програмному забезпеченні, так і до збоїв у комутаційній системі) та зручність у керованості завдяки об’єктному представленню системи.

Для SIP-абонентів софтсвіч виконує функцію SIP-сервера, що маршрутизує та перенаправляє запити SIP, здійснює контроль доступу і запис деталей з’єднання. При встановленні з’єднання два контролери можуть взаємодіяти, використовуючи протокол SIP (у IP-мережі) або BICC (у мережі ATM). При обміні інформацією з іншими MGC з використанням SIP вихідний MGC діє як SIP-клієнт, що ініціює запити SIP. Окрім того, для взаємодії з існуючими корпоративними IP-мережами та мережами постачальників послуг інтернет-телефонії софтсвіч має підтримувати протокол H.323.

Вибір SIP як основного протоколу управління з’єднаннями для NGN обумовлений його перевагами над протоколами МСЕ-Т. SIP є результатом розвитку протоколів мережі Інтернет (HTTP і SNMP), тому відносно простий і забезпечує швидке та порівняно просте створення послуг. Нові мультимедійні сервісні програми можна створювати за «інтернет-годину» на основі веб-моделі. Важливим є те, що SIP уже впроваджено у програмі конференц-зв’язку Windows XP, що є частиною операційної системи Windows XP. Це означає, що програма SIP (SIP-клієнт) потенційно може стати таким самим стандартним елементом системи, як веб-браузер, що зробить SIP таким же необхідним протоколом, як HTTP. Коло користувачів збільшиться із поширенням інтелектуальних пристроїв, що підключені до мережі і мають IP-адреси.

Софтсвіч здійснює трансляцію та завершення викликів відповідно до адресації SIP, у якій об’єкти представляються у формі однорідного ідентифікатора ресурсів (URI), що мають такий самий формат, як адреси електронної пошти. Для відображення цих імен у IP-адреси існує служба доменних імен (DNS), аналогічна DNS Інтернету. Це забезпечує взаємодію з телефонною системою та її механізмами адресації, завдяки чому сервери та клієнти SIP можуть надсилати, отримувати та маршрутувати телефонні номери.

Сервери прикладних програм виконують логіку складних послуг (голосова пошта, конференц-зв’язок, віртуальна присутність тощо). Ці пристрої взаємодіють з контролерами шлюзів через відкриті інтерфейси прикладного програмування (АРІ), що дозволяє підключати до мережі незалежних постачальників послуг, а також залучати інші сервери прикладних програм для реалізації складних багатокомпонентних послуг. Окрім того, можлива наявність веб-інтерфейсів і зв’язку з Інтернетом. Виклики, що вимагають залучення AS, можуть передаватися на обслуговування від MGC, або ж AS може надавати MGC інформацію, необхідну йому для виконання сервісної програми. AS може управляти медіасервером — через прямий інтерфейс або за посередництвом MGC.

AS видає софтсвічеві запити на завершення викликів або сеансів зв’язку для певних послуг (наприклад, голосової пошти) та на повторне ініціювання з’єднань (переадресація виклику, передплачений картковий сервіс тощо). AS може мати зв’язок з Інтернетом та веб-інтерфейсом, програмними інтерфейсами API для створення послуг, інтерфейсами для контролю допуску та тарифікації. За посередництвом софтсвіча AS може управляти ресурсами, що перебувають за межами мережі. Використовуючи протоколи LDAP і RADIUS, AS зв’язується з зовнішніми базами даних, а через протокол HTTP — з серверами Інтернету, забезпечуючи поєднання функціональності обох мереж. Необхідні для виконання послуг дані та дані профілів користувачів мають бути організовані з використанням мови розмічування XML.

Сервер прикладних програм може бути інтегрований у софтсвіч-систему як програмна функція. В іншому разі софтсвіч зв’язується з одним або кількома AS через протокол управління або API. За допомогою окремих API (API третьої сторони) здійснюється допуск до мережі сторонніх постачальників послуг.

Рівень інформації забезпечує обробку інформаційних потоків і складається з медіашлюзів та медіасерверів (MS).

Медіашлюз (MGW) є посередником між пакетною транспортною мережею і мережами доступу (ТМЗК, об’єднаною з мобільними мережами тощо). MGW може бути посередником як між IP-мережею та ТМЗК, так і між двома пакетними мережами, побудованими за різними технологіями (наприклад, IP та ATM). Головною функцією медіашлюзу є конвертація форматів інформаційних потоків. Окрім того, медіашлюз може виконувати обробку інформаційних потоків (транскодування, ехо-компенсація, компенсація втрати пакетів, усунення джитера тощо), а також у деяких випадках — обслуговування абонентської сигналізації.

За місцем у мережі медіашлюзи поділяються на шлюзи транзитні та шлюзи доступу. Вони різняться за місцем у мережі та відповідною функціональністю, яка у транзитних шлюзів простіша, ніж в інших.

Призначенням транзитного шлюзу (TGW) є забезпечення фізичного стику між транспортною мережею і ТМЗК (або НММЗК). TGW мають замінити міжнародні комутатори, АМТС і транзитні телефонні станції. Транзитний шлюз виконує всі названі операції над інформаційними потоками, забезпечує необхідну якість транспортування, синхронізацію, безпеку й інші аспекти взаємодії мереж. Окрім того, TGW сповіщає систему управління про всі збої апаратного та програмного забезпечення, видає звіт про характеристики своїх модулів, систем, трактів, каналів і з’єднань (наприклад, кількість надісланих/прийнятих пакетів та октетів, коефіцієнт втрати пакетів, затримка, джитер тощо), а також дозволяє здійснювати конфігурацію (у тому числі, дистанційну) всіх інтерфейсів (швидкість передавання, настройки форматів даних тощо). На стороні IP-мережі для транспортування інформації має використовуватися протокол RTP у поєднанні з RTCP.

Іншим варіантом медіашлюзу є шлюз доступу (AGW), призначений для підключення до мережі аналогових абонентських ліній, ліній ISDN та DSL, трактів від відомчих АТС, локальних мереж та інших пристроїв доступу, що не мають пакетного інтерфейсу. Спільно зі своїм контролером шлюз доступу виконує роль розподіленої кінцевої АТС; відповідно його функціональність складніша, ніж у TGW. Шлюз доступу виконує, зокрема, генерацію та детектування сигналів абонентської та лінійної сигналізації, детектування зняття/покладення слухавки, детектування мовленнєвої активності, вставку комфортного шуму, аналіз цифр набору на основі плану нумерації, отриманого від контролера тощо. Виконуючи ці операції, шлюз самостійно розподіляє власні ресурси, проте загальне управління здійснюється контролером, якому шлюз підпорядкований.

Шлюз доступу має інтегровану функцію перетворення сигналізації SC-F, необхідну для інкапсуляції та транспортування сигналізації ISDN, V5 та мобільних мереж доступу.

Різновидами шлюзу доступу є резидентські шлюзи RG (Residental Gateways) для аналогових та ISDN-телефонів, інтегровані пристрої доступу IAD (Integrated Access Devices) для мереж DSL, кабельні модеми для волоконно-коаксіальних мереж HFC, медіашлюзи для мобільних мереж радіодоступу GSM/3G тощо. Абонентські пристрої з пакетним виходом (ІР-телефони), які поєднують функції шлюзу доступу та його контролера, можуть безпосередньо під’єднуватися до транспортної мережі. До таких пристроїв належать SIP- та H.323-термінали і програмні телефони. При з’єднанні SIP-телефону з не SIP-об’єктом SIP-телефон зв’язується з MGC, який забезпечує взаємодію протоколів. Аналогічно через MGC відбувається взаємодія з гейткіперами H.323, що обслуговують H.323-телефони. MGCP-телефони, як і шлюзи, встановлення та розрив з’єднань здійснюють під управлінням MGC.

При доступі через інтерфейси V5, GR303 та ISDN використовується стандартний шлюз доступу. Шлюз завершує фізичні з’єднання з сигналізацією V5 та ISDN і передає їх через IP-мережу в MGC за допомогою протоколу SIGTRAN рівні адаптації (V5UA або IUA відповідно) (див. нижче). Завершуючи сигналізацію GR303, AG пересилає повідомлення контролеру за допомогою протоколу MGCP/Megaco. Шлюз доступу пакетує голосові потоки (можливе перекодування інформації) і пересилає їх через IP-мережу на іншу сторону.

Доступ через лінії DSL відбувається таким чином. На стороні користувача аналогові абонентські лінії та обладнання з Ethernet-виходами підключаються до пристрою інтегрованого доступу IAD, який виконує функції шлюзу доступу (у цьому разі квартирного шлюзу). IAD забезпечує абонентську сигналізацію і через модуль DSL-доступу (DSLAM) зв’язується з MGC, використовуючи протоколи управління мережі IP — MGCP або Megaco. IAD також здійснює цифровізацію та пакетування мови і вводить її в RTP-пакетах у мережу IP.

Частину функцій з обробки інформаційних потоків виконує медіасервер (MS). Медіасервер здійснює маніпуляції над пакетними інформаційними потоками на замовлення софтсвіча або сервера прикладних програм. Він виконує, зокрема, такі дії: визначення цифр набору, «програвання» тонових сигналів і записаних повідомлень, генерацію тонових сигналів за алгоритмічним принципом, запис мультимедійних потоків, розпізнавання мови, генерування мови з тексту, мікшування з’єднань для конференц-зв’язку, обробку факсимільних повідомлень, детектування мовленнєвої активності, а також комбінації цих функцій відповідно до сервісної логіки. Медіасервери також використовуються для введення у сеанси послуг різноманітного мультимедійного контенту. Один MS може обслуговувати декілька AS та MGC і взаємодіє з ними з використанням протоколів SIP і MGCP/Megaco.

На рівні сигналізації відбувається адаптація сигналізації ТМЗК та інших мереж доступу у сигналізацію IP-мережі, а також маршрутизація сигнальних повідомлень через цю мережу. Фізично функція цього рівня — SC-F — реалізується як шлюз сигналізації (SG) або проксі-сервер SIP, або як складова інших пристроїв — контролера медіашлюзів, шлюзу доступу тощо. Ця функція діє на границі NGN і виконує сигнальні маніпуляції різної складності — від маршрутизації повідомлень шляхом заміни адреси у SIP-запиті (проксі-сервер SIP або відповідне ПЗ у контролері медіашлюзів) до повноцінної конвертації потоків при взаємодії різнотипних мереж.

Під час обробки викликів з або від ТМЗК MGC, використовуючи інтегровану функцію перетворення сигналізації, здійснює трансляцію сигнальних повідомлень ЗКС 7 у запити/відповіді SIP. З цією метою використовується SIP-T — модифікація SIP-пристрою для телефонії. Протокол SIP-T передбачає інкапсуляцію повідомлень ISUP у пакети SIP або трансляцією адресної та іншої інформації ISUP у заголовки пакетів SIP для маршрутизації. Через мережу серверів SIP повідомлення доставляється на інший контролер, який вилучає з нього інформацію ISUP і завершує виклик. При цьому сервери мережі SIP не повинні розшифровувати повідомлення ISUP, що через них проходять.

Інкапсульована інформація ISUP може бути задана як обов’язкова або як додаткова.

До цього ж рівня належать сервери перенаправлень SIP, які здійснюють маршрутування викликів, отриманих від інших серверів, проте самостійно ці виклики не завершують.

Шлюзи сигналізації використовуються для переведення сигналізації мереж доступу на IP-транспорт. Зокрема, шлюз ЗКС 7 здійснює інкапсуляцію повідомлень ЗКС 7 і передавання їх за допомогою протоколу SIGTRAN контролеру або іншому SG. У мобільній мережі шлюз виконує такі ж маніпуляції з повідомленнями GSM-MSP та інших видів сигналізації.

Оскільки в Україні сигналізація ЗКС 7 передається по тих самих трактах, що й розмовні канали, шлюзи ЗКС 7 та медіашлюзи доцільно розташовувати поряд або використовувати обладнання з інтегрованою функціональністю.

Протокол SIGTRAN призначений для транспортування повідомлень системи сигналізації №7 ТМЗК через IP-мережі з використанням різних протокольних компонентів. Протоколи нижчих рівнів стека ЗКС 7 (MTP1, MTP2, MTP3, SCCP) замінюються на комбінацію IP, SCTP та одного з рівнів адаптації (M2UA, M2PA, M3UA, SUA, IUA або V5UA). Використання SCTP (протоколу перенесення інформації управління потоками) замість TCP забезпечує низку необхідних функцій, серед яких — захист повідомлень при транспортуванні, фрагментація або поєднання повідомлень і можливість розбиття даних на окремі потоки. Остання властивість особливо важлива, оскільки дозволяє зменшити залежність тривалості обробки з’єднань від якості тракту. Загальний потік повідомлень розбивається на окремі потоки таким чином, що кожний потік переносить сигналізацію певного каналу; якщо відбувається збій при обробці одного виклику, затримка не поширюється на всі інші потоки.

Над SCTP доцільно використовувати рівень адаптації M2UA, призначений для обслуговування рівня MTP3. Цей спосіб зручний у ситуації, коли медіашлюз і шлюз сигналізації фізично поєднані.

Рівень управління мережею NGN реалізує такі функції, як оперативна підтримка мережі, обробка повідомлень аварійної сигналізації, тарифікація тощо. До обов’язкових функцій, які має забезпечувати система, належать: ізолювання несправностей, тестування з’єднань, каналів і трактів, видавання аварійних сигналів, моніторинг характеристик системи тощо. Взаємодія рівня управління з об’єктами інших рівнів здійснюється через стандартні протоколи — SNMP, LDAP, CORBA тощо.