Конвергенція інтелектуальних і мобільних мереж
Однією з областей, до яких останнім часом помітно зріс інтересоператорів мереж, є конвергенція інтелектуальних мереж (IN), створюваних набазі стаціонарних мереж зв'язку, і безпроводових мереж рухомого зв'язку.Архітектура IN і мереж рухомого зв’язку є дуже подібною (рис. 1). Привизначенні місця розташування мобільного абонента між елементами мереж рухомогозв'язку використовується сигналізація, заснована на принципах транзакцій. Центркомутації мережі рухомого зв'язку (Mobile switching center, MSC), до якогопотрапляє виклик, спрямований до абонента, якого обслуговує цей MSC, передає врегістр місця розташування «своїх» абонентів (Home location register, HLR) запитпро те, де перебуває в цей момент абонент. HLR постійно оновлює інформацію промісце розташування абонента на основі даних, які він отримує з останньої «чужої»мережі, у якій знаходиться цей абонент, і за запитом MSC передає йомуінформацію, необхідну для маршрутизації.
Однак ні стаціонарні IN, ні мережі рухомого зв'язку не мають тихможливостей, які могла б мати мережа, що поєднує в собі властивості й тих, й інших.Стаціонарні IN-мережі не мають механізмів підтримки мобільності, а мережірухомого зв'язку не здатні адекватно забезпечувати принцип незалежності відпослуг, властивий концепції IN.
Незалежно від того, який буде використано підхід до формуваннябезпроводової IN, у ньому необхідно врахувати такі особливості, властиві мережірухомого зв’язку:
1. Контроль пересування мобільного абонента.
У мережах рухомого зв'язку, на відміну від стаціонарних мереж,місце розташування абонента заздалегідь не відоме та динамічно визначається задопомогою спеціальних процедур сигналізації. Події, пов'язані з контролемпересування мобільного абонента (наприклад, реєстрація термінала в «чужій»мережі), можуть являти інтерес як точки виявлення DP. Це передбачає розробку відповіднихмоделей з метою розв’язання проблеми формального подання зв'язків між процесомобслуговування виклику, контролем пересування та логікою послуг. Задачастворення моделей для станів процесу контролю пересування мобільного термінала,не пов'язуючи цей прцес із процесом обслуговування виклику, не має аналога встаціонарних IN-мережах (крім здійснюваної з ініціативи абонента реєстраціїйого як користувача послугою, наприклад, у випадку послуги UPT).
2. Специфіка радіодоступу.
У деяких випадках запит послуги необхідно пов'язати з подіями, щовідбуваються при виконанні таких специфічних для радіодоступу процедур, якаутентифікація, постійний контроль якості каналу зв'язку та естафетна передачауправління, які також не мають аналогів у стаціонарних мережах зв'язку.
3. Роумінг послуг.
Однією з головних переваг, що пропонуються мережами стільниковогорухомого зв'язку, є можливість вільного переміщення абонента зі своєї зони віншу, що обслуговують мережі рухомого зв’язку інших операторів. При цьомуабонент хотів би зберегти свій персональний набір (профіль) послуг і в іншихмережах, іншими словами, мати можливість роумінгу послуг. При застосуванніконцепції IN до мереж рухомого зв'язку забезпечення збереження профілю послугпов’язане з рядом труднощів. По-перше, на відміну від проводових мереж, укомутаторах рухомого зв'язку тригерні точки та профіль послуг, як правило, неподаються у вигляді статичних даних, а визначаються під час реєстрації.Можливості «своєї» та «чужої» мереж можуть виявитися різними, що, швидше завсе, позначиться на переліку та на характеристиках послуг, що пропонуютьсякористувачу, який перемістився в «чужу» мережу. По-друге, в процесіобслуговування одного виклику може брати участь більше одного SSР.
/>
Рисунок 1 – Архітектура IN (а) і мережі рухомого зв'язку (б)
Можливі два основних підходи до конвергенції інтелектуальних і мобільнихмереж:
1. Сформувати або «накласти» концепцію IN на архітектуру існуючихмереж рухомого зв'язку.
2. Доповнити властивостями підтримки мобільності концепцію IN,орієнтовану переважно на стаціонарні мережі.
Другий підхід, який використовує ITU-T, передбачає, що реалізуватиповну підтримку мобільності в IN можна буде не раніше реалізації набору CS-4,після завершення робіт зі специфікації систем зв'язку третього покоління.Перший підхід більш прагматичний і може бути реалізований досить простими засобамив найближчому майбутньому. Однак його прихильники теж розділилися на дві групи.
Перша група дотримується думки, що протоколи сигналізації, яківикористовуються в мережах рухомого зв'язку (MAP IS-41 або MAP GSM), фактичновже є протоколами IN. Процес доставки виклику до мобільного абонента вважаєтьсяпослугою IN, а мережні об'єкти, які виконують цю функцію (HLR), розглядаютьсяяк спеціалізовані вузли управління послугами (SCP). Процедури запиту даних промісце розташування мобільного термінала та запиту послуги IN дуже подібні –обидві процедури призводять до обміну інструкціями, необхідними длямаршрутизації та встановлення з'єднання. У зв'язку з цим пропонуєтьсямодифікувати існуючий протокол рухомого зв'язку відповідно до концепції IN іадаптувати його до більш уніфікованих вимог.
Друга група визнає схожість прикладних протоколів мереж рухомогозв'язку та мереж IN, проте вважає перші недостатньо загальними для того, щобвони могли підтримувати концептуальні ідеї IN. Тому звернення до послуги IN умережі рухомого зв'язку розглядається як процес, який відбувається незалежновід сигналізації, призначеної для встановлення з'єднання, і роль HLR уреалізації послуг IN зводиться до мінімуму. Доставка виклику мобільномуабоненту вважається основною функцією, а не послугою IN. Операції, яківикористовуються для доставки виклику, не змінюються із введенням операцій IN,оскільки останні не залежать від протоколу встановлення з'єднання. Розходженняміж сигналізацією, специфічною для рухомого зв'язку, і сигналізацією для підтримкипослуги, залишаються логічно різними.
Організаціями, що активно працюють в області конвергенціїконцепції IN і властивостей мобільності, є:
• Асоціація ПромисловостіЗв'язку (TIA), а саме її філія – Американський Національний Інститут Стандартів(ANSI) – розробила стандарт для безпроводової інтелектуальної мережі з назвоюWIN (Wireless Intelligent Network).
• Європейський ІнститутСтандартів в області зв'язку (ETSI) розробив стандарт підтримки послуг IN умережах GSM із назвою CAMEL (Customized Application for Mobile Network EnhancedLogic);
• Міжнародний союзелектрозв'язку (ITU-T) продовжує роботу над розвитком концепції IN, доспецифікацій якої увійшли відповідні розділи пакета рекомендацій для системирухомого зв'язку третього покоління FPLMTS (Future Public Land Mobile TelephoneSystem), перейменованої в IМТ-2000 (International Mobile TelecommunicationsSystem-2000).
Стандарт WIN є спробою TIA увести концепцію IN в існуючий стандартANSI-41 (раніше IS-41). Архітектуру безпроводової IN стандарту WIN (ANSI TIA)подано на рис. 2. Розробка стандартів TIA традиційно була орієнтована наконкретні послуги, що спочатку приводило до визначення операцій і параметрів,специфічних для кожної послуги. Поєднання такої орієнтації із прагненнямпідвищити ефективність сигналізації призвело до того, що запити, які належатьдо рухомого зв'язку, часто ставали також і запитами, що стосуються послуг. Заоснову стандарту WIN був узятий набір CS-2 ITU-T. На рис. 3 наведено архітектурурозподіленої функціональної площини WIN.
/>
Рисунок 2 – Узагальннена архітектура WIN
У затінених овалах на рис. 3 показано додані у CS-2функціональні об'єкти, необхідні для підтримки WIN:
• ACF (Authentication Control Function) –функціональний об'єкт управління процедурою аутентифікації.
• RACF (Radio Access Control Function) –функціональний об'єкт управління радіодоступом; підтримує процедуру пошукумобільного термінала, управління радіоканалом і процедуру передачі управління.
• LRF (Location Registration Function) –функціональний об'єкт реєстрації місцезнаходження; містить логіку та дані дляадміністративного управління мобільністю.
• RTF (Radio Terminal Function) –функціональний об'єкт підтримки радіотермінала; є шлюзом між мобільнимкористувачем і мережними функціями управління зв'язком користувача, виконуючифункції, аналогічні функціям CCAF у стаціонарній IN.
• RCF (Radio Control Function) –функціональний об'єкт управління радіопортами; управляє генерацією несучихрадіочастот, підсиленням сигналу, модуляцією/демодуляцією, призначеннямрадіоканалів, контролем каналу.
/>
Рисунок 3 – Архітектура розподіленої функціональної площини WIN
З метою надання виробникам обладнання більш гнучких можливостейпри створенні платформ безпродових IN стандарт WIN не визначає елементифізичної площини (РЕ). На відміну від фізичної площини IN, стандарт WIN оперуємережними елементами (Network Еlement, NE). Крім IP, SCP і SN типова модельмережі стандарту ANSI-41.1 містить:
АC – центр аутентифікації; містить функціональний об'єкт ACF іуправляє інформацією аутентифікації мобільних станцій. АС може бути об’єднанимз регістром HLR і може обслуговувати кілька регістрів HLR.
EIR – регістр ідентифікації обладнання; зберігає інформаціюідентифікації обладнання користувачів.
HLR – регістр місцезнаходження «своїх» абонентів; міститьфункціональні об'єкти LRF, SCF і SDF. HLR може бути об’єднаним із MSC таобслуговувати декілька MSC.
МС – центр повідомлень; записує та передає короткі повідомлення.
MS – мобільна станція; містить функціональний об'єкт RTF.
MSC – центр комутації рухомого зв'язку; містить функціональніоб'єкти CCF, SSF і RACF (може також містити LRF і SRF), і є шлюзом, щопропускає трафік між мобільною та стаціонарною мережами та/або іншими мобільнимимережами.
VLR – регістр місцезнаходження «чужих» абонентів; міститьфункціональні об'єкти LRF і ACF і управляє даними «чужих» абонентів.
Як фізичні, так і мережні елементи можуть містити в собі декількафункціональних об'єктів. Однак мережні елементи, на відміну від фізичних,можуть бути об'єднані в одній одиниці обладнання. Протоколом для інтерфейсівміж мережними елементами стандартом WIN визначений протокол MAP стандарту ANSI41.
Стандарт CAMEL – це спроба комітету SMG ETSI розробити стандартдля підтримки національного та міжнародного роумінгу послуг, не специфікованихстандартом GSM. CAMEL можна розглядати як інтеграцію IN та архітектури GSMшляхом
- адаптації існуючого протоколу сигналізації MAP стандарту GSM дорозширених вимог;
- введення сигналізації IN для підтримки не стандартизованих GSMпослуг.
У новій архітектурі функції IN і функції, специфічні для рухомогозв'язку, логічно розділені. Власне кажучи, CAMEL запозичив протокол INAP CS-1 іпристосував його до особливостей процесу обслуговування виклику в мережах GSM,визначивши необхідні тригерні точки DP. До протоколу MAP GSM були внесені змінидля підтримки передачі інформації про тригерні точки до комутаторів «своїх» і«чужих» мереж. CAMEL зберігає протокол MAP GSM незалежним від протоколу INAP CS-1,дозволяючи обом розвиватися самостійно. Для реалізації першої фази CAMELвизначена самостійна прикладна підсистема СКС №7 (CAMEL Application Part) івідповідний протокол CAP (CAMEL Application Protocol), що базується настандарті ETSI INAP CS-1.
На рис. 4 наведена функціональна архітектура, необхідна дляпідтримки першої фази CAMEL. Архітектура другої фази CAMEL відрізняється наявністюінтерфейсу САР між функціональним об'єктом gsmSCF і зовнішнім функціональнимоб'єктом спеціалізованих ресурсів gsmSRF. Подана на рис. 4 функціональнаархітектура містить як традиційні для мережі GSM елементи, так і нові,визначені стандартом CAMEL. HLR зберігає інформацію про абонентів, якіпотребують підтримки CAMEL, і забезпечує інтерфейс убік функціонального об'єктаgsmSCF для здійснення процедур запиту. Логіку послуг CAMEL, що підтримуєнадання нестандартних для мережі GSM додаткових послуг, розташовано в gsmSCF.
У процесі надання послуги gsmSCF взаємодіє з gsmSSF, gsmSRF (длядругої фази CAMEL) і HLR. Інтерфейсом між центром комутації рухомого зв'язку таgsmSCF є gsmSSF, принципи роботи якого аналогічні SSF CS-1, але передбачаютьнові тригерні механізми, обумовлені особливостями мобільного зв'язку.
/>
Рисунок 4 – Функціональна архітектура першої фази стандарту CAMEL
Під час обробки вхідних/вихідних викликів, які вимагають підтримкиСАМЕL у напрямку від/до іншої мережі, шлюзовий центр комутації рухомогозв'язку GMSC (Gateway MSC) запитує від HLR інформацію про наявність підпискиабонента на послуги CAMEL. Якщо підписка існує, GMSC запитує у gsmSSF необхідніінструкції. На основі отриманих інструкцій GMSC відслідковує зміни станівпроцесу обслуговування виклику та інформує про них gsmSSF, дозволяючи тим самимgsmSSF управляти обслуговуванням виклику в GMSC. Інтерфейс між GMSC і gsmSSF євнутрішнім. При виявленні запиту послуги gsmSSF інформує про це gsmSCF.
Регістр місцезнаходження «чужих» абонентів (VLR – Visitor Location Register) зберігаєінформацію про підписку CAMEL при вихідному виклику, а також інформацію пропідписку на додаткові послуги як частину даних про «чужих» абонентів, якіперебувають в обслуговуваній цим VLR зоні. При вихідному внутрішньомережномувиклику MSC отримує від VLR інформацію про наявність підписки абонента напослуги CAMEL. Наявність підписки вказує (V) MSC (MSC «чужої» мережі) нанеобхідність обміну інструкціями з gsmSSF. Під час обробки запиту додатковоїпослуги (V) MSC одержує від VLR інформацію про те, що абонент на неїпідписаний, що вказує gsmSSF на необхідність інформувати gsmSCF про запит послуги.
Інтерфейс HLR – VLR використовується для передачі інформації проабонента в «чужу» мережу GSM і для надання номера рухомого абонентськоготермінала під час роумінгу. За допомогою цього інтерфейсу також визначаютьсядані про статус і місцезнаходження рухомого абонента, визначається необхідністьскасування іншомовних повідомлень для послуг CAMEL, і передаються вказівкискасувати ці повідомлення.
Інтерфейс GMSC – HLR використовується при вхідних викликах дляобміну інформацією про маршрутизацію, про статус і місцезнаходження абонента, атакож інформацією про поточну підписку абонента на послуги та про необхідністьскасування іншомовних повідомлень автоінформатора. Цей інтерфейс такожвикористовується для передачі у запитуючу мережу GSM інформації про підпискуабонента на послуги CAMEL при вхідному та вихідному викликах.
Інтерфейс gsmSSF – gsmSCF використовується для обміну інструкціямив процесі обслуговування виклику та для передачі запитів з'єднання з gsmSRF. Навідміну від IN CS-1 і CS-2, інтерфейс gsmSSF – gsmSCF призначений також і дляміжмережної (міжнародної) взаємодії.
Інтерфейс gsmSCF – HLR використовується функціональним об'єктомgsmSCF для запиту інформації від HLR. Передбачається, що HLR може відмовити внаданні інформації, яку запитує gsmSCF.
Інтерфейс gsmSCF – gsmSRF застосовується в другій фазі реалізаціїстандарту CAMEL і використовується gsmSCF для пересилання функціональномуоб'єкту gsmSRF інструкцій про передачу користувачу акустичних сигналів абомовних повідомлень.
Інтерфейс MSC – gsmSCF використовується MSC для повідомленняgsmSCF про запит користувачем додаткових послуг.
Інтерфейси GMSC – gsmSSF і (V) MSC – gsmSSF є внутрішніми тапризначені лише для того, щоб полегшити розуміння процесу обробки точоквиявлення DP.
ITU-T продовжує роботу над стандартами для систем рухомого зв'язкутретього покоління, архітектура яких використовуватиме принципи побудови IN.Стандарт IMT-2000 призначений для підтримки широкого спектра послуг (включаючимультимедійні), принципи надання яких будуть засновані на концепції IN.
Функціональна архітектура системи ІМТ-2000 забезпечує повнуінтеграцію контролю пересування та функцій IN. Спочатку передбачалося, що SCPкрім управління послугами також відповідатиме за контроль місця розташування, атакож за управління профілями послуг і аутентифікацію. Проте під тискомприхильників CAMEL і WIN було підтримано принцип роздільного розгляду аспектівмобільності та аспектів обслуговування.
До архітектури системи IMT-2000 входить набір із чотирьох високорівневихфункціональних підсистем, кожна з яких містить ряд функціональних
об'єктів. Підсистеми та інтерфейси, через які здійснюється зв'язок між ними,показано на рис. 5.
Модуль ідентифікації користувача (UIM) забезпечує захист інформаціїкористувача, може бути вбудованим або виконаним у вигляді окремої карти, щовставляється в мобільний термінал.
Мобільний термінал (МТ) взаємодіє з UIM і мережею радіодоступу,забезпечуючи підтримку послуг і мобільності користувача.
Мережа радіодоступу (RAN) забезпечує взаємодію МТ із базовоюмережею, виконуючи роль маршрутизатора та шлюзу для обміну інформацією.
Базова мережа (CN) взаємодіє з мережею радіодоступу та з іншимибазовими мережами, забезпечуючи підтримку послуг і мобільності абонента.
/>
Рисунок 5 – Функціональні підсистеми та інтерфейси IMT-2000