Интеллектуальные сети. Введение

Применение компьютерных технологий в телефонных системах позволяет реали­зо­вывать новые услуги, предоставляемые абоненту, непосредственно подключённому к АТС. Вместе с тем, некоторые услуги могут быть предоставлены через ТфОП любому абоненту сети. Но для этого требуется программное управление не на уровне отдельной АТС, а в рамках целой сети.

Сервис 800

Первая в истории телефонии «сетевая» услуга такого рода появилась в США еще в 1967 г. – это так называемый сервис 800, или Free Phone. Различные организации полу­чили возможность аренды номеров в «негеографическом» междугородном коде 800, обязуясь оплачивать все входящие звонки. Таким образом, звонок на любой номер, на­чинающийся с междугородного кода 800, является бесплатным для звонящего, что крайне важно для привлечения потребителей при ведении бизнеса на территории всей страны.

Реализация такой услуги требует наличия специальных средств для маршрутизации и тарификации (биллинга) звонков в масштабах национальной телефонной сети: каж­дая междугородная АТС должна иметь информацию о реальном географическом распо­ложении каждого получателя звонков. Для этого необходима «сетевая база данных», хранящая соответствие каждого номера из 800-й зоны в реальный междугородный но­мер. Эта база данных должна быть доступна из любого населённого пункта. Поскольку такая информация непрерывно обновляется (например, появляются новые компании, арендующие номера), её недостаточно просто продублировать на каждой АТС по всей стране.

Переход к «сетевой базе данных» завершился к 1982 г, получив название Expanded 800 service («расширенная услуга 800»). С этого момента национальная сеть США ста­ла заниматься не только передачей речи между абонентами, но и специальных управля­ющих данных между АТС, став первым в истории примером концепции IN (Intelligent Network, то есть «интеллектуальная сеть»). Схема работы сервиса 800 показана на рис. 1.

Рис. 1. Сервис 800

Итак, под IN понимают сеть, управляемую программно. Таким образом, интеллек­туальные сети – это в определённом смысле самостоятельный аспект компьютерной телефонии, касающийся создания услуг уровня сети, а не отдельной АТС.

SS7

Современные интеллектуальные сети строятся на рекомендациях Международного союза электросвязи (ITU-T) Signaling System N7 (SS7), первая версия которых была при­нята в 1992 г. В настоящее время SS7 широко внедряется во всем мире, в том числе и в России (под названием ОКС N7).

SS7 определяет все основные компоненты интеллектуальной сети и протоколы их взаимодействия, которые, по замыслу их разработчиков:

             не зависят от вида услуг,

             от структуры сети,

             от производителя оборудования.

В SS7 используется сеть передачи данных на основе коммутации пакетов, логиче­ски независимая от обычной сети для разговорных каналов. Узлы этой сети на­зываются SP (signaling point, «пункты сигнализации»), а соединяющие их линии – SL (signaling link, «сигнальные звенья»). Для повышения надежности применяется дубли­рование оборудования, а между любыми двумя SP должно существовать как минимум два неза­висимых маршрута по несовпадающим цепочкам SL.

Различают следующие типы узлов в сети SS7 (рис. 2):

     Транзитный пункт сигнализации STP (signaling transfer point). Это элемент сети, обе­спечивающий маршрутизацию пакетов между остальными узлами по SL.

     Узел коммутации услуг SSP (service switching point). Это АТС, управляемая про­граммно.

     Интеллектуальная периферия IP (intelligent peripheral). SSP отвечает только за ком­мутацию голосовых каналов, а IP реализует интерактивный диалог с або­нен­том: проигрывание голосовых инструкций (промптов), прием ответ­ных тонов DTMF, набираемых абонентом на телефонной клавиатуре или даже распознава­ние речи. IP может быть встроена в SSP, либо реализована отдельным оборудо­ванием.

     Узел управления услугами SCP (service control point). Это компьютерное обо­ру­дование, на котором исполняется программа, реализующая логику услуги. SCP может находится за тысячи километров от управляемых им узлов SSP и IP, пе­редавая им команды через сеть, либо находится в непосредственной близости, будучи связанными с ними через высокоскоростной канал связи. Последний случай называется AD (adjunct). Функции SSP и SCP могут быть совмещены в одном узле – SSCP (service switching and control point).

     Узел хранения данных для услуг SDP (service data point). Это база данных, ко­то­рую совместно используют другие узлы сети для реализации услуг. На­пример, в базе данных могут храниться счёта абонентов, таблицы маршрути­зации для сер­виса 800 и т. д.

     Узел управления услугами SMP (service management point). Это операторская кон­соль, через которую можно управлять параметрами и конфигурацией сер­виса во время его эксплуатации.

     Узел создания услуг SCEP (service creation environment point). Это компью­тер, содержащий среду создания услуг SCE (service creation environment) – про­грам­мные средства конструирования, модификации и тестирования ус­луг до начала их эксплуатации. Сервисы конструируются как комбинации из стандартизован­ного набора универсальных сервис-блоков SIB (service-inde­pendent block).

Рис. 2.. Структура интеллектуальной сети

SS7 содержит набор протоколов для взаимодействия узлов интеллектуальной сети. Базовые протоколы, реализующие транспортную среду, называются MTP (Message Transfer Part) и SCCP (Signaling Connection Control Part). На их основе работает прото­кол для управления голосовыми соединениями (звонками) – ISUP (ISDN user part), а также протокол для удалённого вызова программных процедур – TCAP (Transaction Ca­pabilities Application Part). Через эти протоколы узлы SCP (компьютеры) удалённо уп­ра­вляют узлами SSP (АТС) и их «интеллектуальной периферией», а также взаимо­дей­ствуют SDP (базами данных). Протоколы взаимодействия между SCP, SMP и SCEP по­ка не определены, поэтому разработчики реализуют их самостоятельно на основе TCP/IP или X.25.

На основе SS7 можно реализовывать такую сетевую услугу, как роуминг в мобиль­ных сетях. Например, сотовые сети стандарта GSM базируются на подсистемах MAP (Mobile Application Part), работающей поверх TCAP, и BSSAP (Base Station System Man­agement Application Part) – частях стандарта SS7.

Протоколы SS7 будут рассмотрены ниже.

Итак, на примере SS7 мы видим, что в интеллектуальной сети, в отличие от обыч­ной,

• все элементы сети имеют программное управление;

• параллельно сети для передачи голосовых соединений вводится (хотя бы на ло­гическом уровне) дополнительная сеть для передачи команд от управля­ющих компьютеров к управляемым узлам;

• имеются средства для построения распределённой базы данных.

Именно эти важные отличия позволяют создавать новые услуги «уровня сети», а не отдельных АТС.

Концепция интеллектуальной сети является сегодня одной из определяющих концепций развития современных сетей связи. Интерес, проявляемый к ИС, не случаен и основан на преимуществах, которые получают администрации связи, операторы сетей и абоненты при реализации услуг ИС, называемых также услугами дополнительных доходов (value added services). Кроме того, данная концепция позволила осуществить выход на рынок средств связи не только производителей коммутационного оборудования, но и ведущих производителей средств вычислительной техники (СВТ) и современных средств обработки информации. Концепция ИС формируется уже более десяти лет и после выпуска в 1993 году ITU-T пакета рекомендаций серии Q.1200 стала действующим международным стандартом, поддерживаемым также практически всеми основными организациями стандартизации связи -ETSI, ANSI и др. В соответствии с рекомендацией ITU-T I.312/Q.1201 определение интеллектуальной сети звучит следующим образом.

Интеллектуальная сеть - это архитектурная концепция предоставления новых услуг связи, обладающих следующими основными характеристиками:

• широкое использование современных методов обработки информации;

• эффективное использование сетевых ресурсов;

• модульность и многоцелевое назначение сетевых функций;

• интегрированные возможности разработки и внедрения услуг средствами модульных и многоцелевых сетевых функций;

• стандартизованное взаимодействие сетевых функций посредством независимых от услуг сетевых интерфейсов;

• возможность управления некоторыми атрибутами услуг со стороны абонентов и пользователей;

• стандартизованное управление логикой услуг.

Кроме того, следует отметить, что концепция ИС применима практически ко всем известным сегодня типам сетей, таким как:

• телефонная сеть общего пользования PSTN (Public Switched Telephone Network);

• сеть связи с подвижными системами PLMN (Public Land Mobile Network);

• узкополосная и широкополосная цифровые сети с интеграцией служб N(B) -ISDN (Narrowband (Broadband) Integrated Services Digital Network).

Определим понятия основных терминов, используемых в ИС, - согласно рекомендации ITU-T Q.1290.

Услуга (Service) - это коммерческое предложение, характеризующееся одним или несколькими основополагающими свойствами (core features) и каким-то количеством вспомогательных свойств (свойства по выбору, optional features).

Например, услуга "свободный телефон" (Услуга 800, Freephone) имеет два основополагающих свойства (оплата за счет вызываемого абонента и переадресация номера вызываемого пользователя) и 16 вспомогательных свойств, реализация которых не обязательна. В число последних входят: ограничение числа входящих вызовов, аутентификация вызывающего абонента, распределение вызовов по многим пользователям, имеющим тот же номер вызова, и др.

При определении правил предоставления услуг следует различать четыре "действующих лица":

1. оператор интеллектуальной сети (поставщик сети, Network Provider);

2. поставщик услуги (Service Provider) - юридическое или физическое лицо, заключающее контракт с оператором Интеллектуальной сети на установку и предоставление услуги, например, на установку средств предоставления Услуги 800. Часто поставщиком услуги является оператор сети;

3. абонент услуги (Service Subscriber) - юридическое или физическое лицо, заключающее контракт с оператором ИС и/или поставщиком услуги на предоставление услуги (абонирование услуги), например, фирма, абонирует услугу "800" для рекламы своих товаров;

4. пользователь услуги (User) - объект (физическое лицо или техническое устройство), пользующееся услугой от имени абонента услуги.

На рисунке 6 показано место пользователя и абонента услуги на сети ИС.

Рис.6. Элементарная схема предоставления услуг ИС

Общие функциональные требования к архитектуре

Согласно рекомендации ITU-T Q.1201 основополагающим требованием к архитектуре ИС является отделение функций предоставления услуг от функций коммутации и распределение их по различным функциональным подсистемам. Функции коммутации, как и для традиционных сетей, остаются в базовой сети связи, а функции управления, создания и внедрения услуг выносятся в создаваемую отдельно от базовой сети "интеллектуальную" надстройку, взаимодействующую с базовой сетью посредством стандартизированных интерфейсов.

Требование стандартизации протоколов обмена между базовой сетью и интеллектуальной надстройкой освобождает операторов сетей от существовавшей ранее зависимости от поставщиков коммутационного оборудования. Взаимодействие между функциями коммутации и управления услугами осуществляется посредством прикладного протокола интеллектуальной сети INAP, стандартизованного ITU-T в рекомендации Q.1205. Управление созданием и внедрением услуг осуществляется через прикладной программный интерфейс API (Application Programm Interface). Таким образом, стандартизованные интерфейсы ИС делают сеть открытой для независимых изменений, как в интеллектуальной надстройке, так и в базовой сети.

Обобщенная функциональная архитектура наглядно отражает одну из основных идей реализации ИС по формуле:

ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНАЯ СЕТЬ = КОММУТАТОР + КОМПЬЮТЕР

К этой формуле на протяжении многих лет стремились как производители коммутационного оборудования, так и производители СВТ. При этом первые получали возможность гибкого и оперативного создания и внедрения новых услуг связи без существующих изменений в коммутационном оборудовании, а вторые - выход на один из крупнейших сегментов рынка новых информационных технологий. На сегодняшний день видна устойчивая тенденция к глубокому взаимопроникновению этих двух технологий.

Общие принципы предоставления услуг ИС

На рисунке 7 дана классическая схема физической архитектуры ИС, в состав которой входят следующие элементы:

SSP (Service Switching Point) - узел коммутации услуг, представляющий собой АТС с соответствующей версией программного обеспечения и выполняющий функцию управления вызовом и функцию коммутации услуги;

SCP (Service Control Point) - узел управления услугами (контроллер услуг), делает возможной работу с базой данных с транзакцией в реальном масштабе времени (РМВ). SCP интерпретирует поступающие запросы, обрабатывает данные и формирует соответствующие ответы;

SDP (Service Data Point) - узел базы данных услуг, содержащий данные, используемые программами логики услуги, чтобы обеспечить индивидуальность услуги;

IP (Intelligent Peripheral) - интеллектуальные периферийные устройства, представляющие собой независимые от используемых приложений устройства интеллектуальных ресурсов, обеспечивающие дополнительные к SSP возможности;

SMP (Service Management Point) - узел менеджмента услуг, реализующий функции административного управления пользователями и/или сетевой информацией, включающей данные об услугах и программную логику услуги;

SCEP (Service Creation Environment Point) - узел создания услуг, выполняет функцию среды создания услуг и служит для разработки, формирования и внедрения услуг в пункте их обеспечения SMP.

Рис.7. Упрощенная схема ИС

Узлы упрощенной схемы ИС размещены на трех уровнях иерархии:

• узел коммутации услуг SSP с интеллектуальной периферией IP;

• узел управления услугами SCP с узлом данных услуги (базой данных) SDP;

• узел менеджмента услуг SMP с узлом создания услуг SCEP.

Для получения услуги ИС пользователь сети набирает номер той АТС, которая обладает функциями SSP, а также код услуги и номер услуги. Пользуясь протоколом INAP, АТС с функциями SSP общается с узлом SCP и получает необходимую информацию для предоставления услуги и обслуживания вызова. В обслуживании вызова принимает участие IP (для передачи голосовых команд пользователю, сбора дополнительной информации и т. д.). Общение между SCP, SSP и IP происходит в режиме РМВ с учетом жестких временных ограничений на обслуживание телефонного вызова.

Подготовка новых услуг происходит в узле SCEP, а за введение новых услуг отвечает узел SMP. Эти два центра действуют в условиях относительного масштаба времени, и для передачи информации о новых услугах в узел SCP используется, например, протокол Х.25 или Frame Relay.

В соответствии с вышеизложенным, обобщенно структуру сети, представляющую интеллектуальные услуги, можно классифицировать по времени выполнения и по функциональному назначению.

По времени выполнения выделяют узлы, работающие в режиме РМВ и в режиме относительного масштаба времени. Узлы SCP, SDP, SSP и IP участвуют непосредственно в процессе обработки "интеллектуального вызова" и работают в режиме РМВ. К узлам SMO и SCEP таких условий не предъявляется. Услуги создаются и изменяются независимо от базового процесса вызова абонента. Поэтому такие работы могут производиться в любое время.

По функциональному назначению следует отделить уровень физической сети от уровня интеллектуальной услуги (рисунок 7). К уровню физической сети следует отнести узел SSP и IP. Лишь эти два блока имеют жесткую связь с ТфОП посредством каналов связи. Взаимодействие других узлов осуществляется только через каналы сигнализации.

Стандартизация концепции ис

Сегодня ITU-T разрабатывает долговременную архитектуру ИС (Long Term IN Architecture), в основе которой лежит определение так называемых наборов возможностей CS, описывающих конкретные аспекты целевой архитектуры ИС.

Таблица 1 представляет общий обзор рекомендаций серии Q.1200 для ИС и представляет их структуру в виде разрядов десятков (1201,1211,1221 и т.д.) и единиц (1201 и т.д.) (по Q.1200).

Разработка CS-1 уже завершена в рамках рекомендаций серии Q.1200 (таблица 2), определяющих функциональные возможности ИС, основанных на существующих сетевых технологиях, например ISDN, и ориентированных на поддержку услуг, реализованных на базе сетей с коммутацией каналов. Отличительной особенностью данных услуг является то, что они могут быть активизированы только в процессе установления/разъединения соединения. По терминологии ITU-T услуги CS1 относятся к услугам типа "А" - являются одноконцевыми (Single Ended) с централизованной логикой управления (Single Point of Control).

Структура и состав рекомендаций серии Q. 1200 приведены в таблице 1 и таблице 2.

Табл.1. Структура рекомендаций ITU-T серии Q.1200

Десятки разрядов	Единицы разрядов	Наименование английское	Наименование русское
10 - CS-1	1	Principles introduction	Общие принципы
20 - CS-2	2	Service plane	Плоскость (план) услуг
30 - CS-3	3	Global functional plane	Глобальная функциональная плоскость
40 - CS-4	4	Distributed functional plane	Распределенная функциональная плоскость
50 - CS-5	5	Physical plane	Физическая плоскость
60 - CS-6	6	For future use	Для будущего применения
70 - CS-7	7	For future use	Для будущего применения
80 - CS-8	8	Interface Recommendations Intelligent network user's guide	Рекомендации на интерфейсы
90 - Список терминов	9	****	Руководство пользователя по ИС

Отметим, что ITU-T активно ведет работы по спецификации наборов CS-2 и CS-3 для широкополосных сетей, где также рассматриваются способы интеграции концепций ИС с сетью управления телекоммуникациями TMN. При спецификации очередного CS предполагается обратная связь с предыдущими этапами для внесения изменений в процесс эволюции ИС (рисунок 8).

Рис.8. Процесс стандартизации ИС (по рекомендации Q.1211)

В 1997 году были выпущены рекомендации по набору услуг CS-2 Q.1220 - Q.1228, в 1999 году - Q.1229. В рекомендации Q.1221 впервые определены сервисы управления услугами и сервисы создания услуг.

Сервис управления услугами включает три основных сервиса: адаптации услуги под заказчика, мониторинга услуг, контроля услуг.

Сервис создания услуг в свою очередь отвечает за сервисы: спецификации услуг, разработки услуг, проверки услуг, развертывания услуг, управления созданием услуг.

Общие положения

Основой для стандартизации в области интеллектуальных сетей связи является абстрактная концептуальная модель - INCM, стандартизованная ITU-T в рекомендации I.312/Q.1201. Модель состоит из четырех плоскостей (рисунок 9), и отражает абстрактный подход к описанию ИС.

Модель разделяет аспекты, относящиеся к услугам, и аспекты, связанные с сетью, что позволяет описывать услуги и возможности IN независимо от базовой сети над которой создается интеллектуальная надстройка.

Первый уровень - плоскость услуг (Service Plane) представляет взгляд на IN исключительно с точки зрения услуг. Здесь отсутствует информация о том, как именно осуществляется предоставление услуг сетью.

Второй уровень - глобальная функциональная плоскость GFP (Global Functional Plane) описывает возможности сети, которые необходимы разработчикам для внедрения услуг. Здесь сеть рассматривается как единое целое, даются модели обработки вызова (BCP) и независимых от услуг конструктивных блоков (SIB).

Третий уровень - распределенная функциональная плоскость DFP (Distributed Functional Plane) описывает функции, реализуемые узлами сети. Здесь сеть рассматривается как совокупность функциональных элементов, порождающих информационные потоки.

Четвертый уровень - физическая плоскость PP (Physical Plane) описывает узлы сети, содержащиеся в них функциональные элементы и протоколы взаимодействия.