Sieci inteligentne

Skocz do: nawigacji, wyszukiwania

Sieć inteligentna stanowi strukturę nakładkową, posadowioną na komutowanej sieci telefonicznej. Do jej funkcjonowania potrzebane są: węzły centralne (SMP) do zarządzania usługami, punkty sterowania usługami (SCP) oraz właściwe punkty (SSP) do komutowania połączeń usług inteligentnych. W punkcie sterowania zgromadzone są wszystkie dane i logika, potrzebne do realizacji poszczególnych usług IN. Węzły sterowania na podstawie zapytań i komunikatów nadchodzących z punktów komutacji usług interpretuje w czasie rzeczywistym tzw. skrypt usługi, w którym zdefiniowany jest scenariusz jej realizacji w sieci. Instalacja w sieci telekomunikacyjnej cyfrowych systemów komutacji, zastępujących dotychczasowe analogowe centrale telefoniczne, a także cyfryzacja łączy telekomunikacyjnych umożliwia świadczenie nowych usług, daleko wykraczających poza ofertę usług klasycznych. Od kilku lat w publicznych sieciach telekomunikacyjnych zaczęły funkcjonować nowoczesne usługi inteligentne – IN (Inteligent Network), polegające na instalacji nowego oprogramowania nakładkowego w już istniejących centralach cyfrowych i na wspieraniu ich wydzielonymi systemami komputerowymi do realizacji tych usług.

Istota telekomunikacyjnej sieci inteligentnej polega na oddzieleniu funkcji związanych z realizacją usług (łączenie, nadawanie zapowiedzi słownych, inne) od sterowania realizacją tych usług (translacja numeru przez sieć) i skoncentrowaniu wszystkich funkcji potrzebnych do realizacji usługi na niewielkiej liczbie „inteligentnych” elementów (węzłów) sieciowych. Zasadnicza koncepcja oraz sam termin sieci inteligentnej IN (Inteligent Network) zostały po raz pierwszy zaproponowane w 1984 r. przez amerykańską firmę Bellcore. W miarę rosnącego zainteresowania nowymi usługami idea sieci inteligentnej ulegała ewolucji, w której można wyróżnić następujące etapy:

• sieć scentralizowana IN/1 (Bellcore 1986);
• sieć o architekturze rozproszonej IN/2 (Bellcore 1987);
• rozwiązanie pośrednie IN/1+ (Bellcore 1988);
• zawansowana sieć inteligentna AIN (Advanced IN – Bellcore 1989);
• model koncepcyjny architektury INCM (Intelligent Network Conceptual Model) wraz normalizacją podstawowego zestawu usług ­CS-1 (ITU-T 1993);
• protokół aplikacji Core INAP (Intelligent Network Application Part – wg ETSI 1994);
• nowa architektura IN i rozszerzony zestaw usług CS-2 (ITU-T 1998);
• współczesna architektura sieci IN z zestawem usług CS-3 oraz najnowszym zestawem CS-4 (2000 r.) przeznaczonym do tworzenia sieci szerokopasmowych z rozpoznawaniem mowy, z różnymi usługami głosowymi (VoIP) i aplikacjami tekstowymi (ASR, TTS czy STT).

Najnowsze propozycje i rozwiązania sieci IN tworzą jednolitą koncepcję projektowania nawet najbardziej złożonych usług telekomunikacyjnych, a ich wdrażanie w „inteligentnej” infrastrukturze dokonuje się mniejszym kosztem i trwa znacznie krócej niż w obecnie działających sieciach publicznych starego typu. Unowocześnione centrale zapewniają wiele nowatorskich usług komunikacyjnych, do tej pory niedostępnych w centralach analogowych. Zasięg terytorialny oferty usług dodatkowych zwiększa się systematycznie dzięki już dokonanej wymianie wszystkich dotychczasowych central międzymiastowych i transferowych na centrale cyfrowe z programowaną strukturą oraz dzięki postępującej cyfryzacji sieci telekomunikacyjnej na coraz niższym poziomie infrastruktury, czyli bliżej abonenta. Z usług dodatkowych można korzystać mając aparat wyposażony w klawiaturę przyciskową i telefon przyłączony do nowoczesnej komutowanej centrali cyfrowej, akceptującej wybieranie tonowe – DTMF (Dual Tone Multifrequency Signalling).

Podstawową cechą i zaletą sieci inteligentnych jest możliwość implementowania nowych usług dodatkowych w jednym miejscu sieci, bez żmudnej konieczności ich instalowania w poszczególnych centralach objętych zasięgiem działania. Pracę tę wykonuje automatycznie protokół wymiany informacji w sieciach IN o nazwie INAP (Intelligent Network Application Protocol), który uzyskał (1990 r.) miano standardu ETSI. Standaryzacja INAP zapewnia również możliwość tworzenia nowych usług niezależnie od technologii wykonania central komutacyjnych. Istnieją trzy sposoby charakteryzowania sieci inteligentnej (IN):

• z punktu widzenia użytkownika – prosta w obsłudze sieć dostosowana do wyrafinowanych oczekiwań abonenta końcowego;
• z punktu widzenia operatora – sieć zapewniająca dodatkowe przychody przez wzrost generowanego ruchu, także znaczące obniżenie kosztów instalowania nowych usług oraz lepszą obsługę abonentów (dzięki elastycznym narzędziom świadczenia tych usług);
• od strony technologii – sieć komputerowa zapewniająca przetwarzanie i wymianę w czasie rzeczywistym danych między bazami danych a poszczególnymi elementami węzłowymi sieci teleinformatycznej.

Do najbardziej rozpowszechnionych i dostępnych w sieci krajowej nowych usług, oferowanych za dodatkową opłatą lub zmianą taryfikacji, należą: budzenie automatyczne, gorąca linia, informacja o połączeniu oczekującym, przenoszenie wywołań na dowolny numer w sieci krajowej, przenoszenie wywołań w przypadku niezgłaszania się abonenta, przenoszenie wywołań w razie zajętości na inny wyznaczony numer, ograniczenie wychodzących połączeń automatycznych, przenoszenie wywołań do słownego komunikatu „proszę nie przeszkadzać” czy połączenia trójstronne. Ponadto abonenci sieci IN mają możliwość blokowania rozmów przychodzących z przeniesień, a z każdej takiej funkcji można korzystać wprowadzając określoną kombinację klawiszy we własnym telefonie.

Spis treści 1 Standaryzacja usług IN 2 Cechy sieci IN 3 Architektura sieci IN 4 Komponenty struktury sieci 5 Moduły funkcyjne SIB 6 Podmioty w sieci IN

Standaryzacja usług IN

W warunkach liberalizacji rynku oraz w sytuacji, gdy sprzęt telekomunikacyjny może pochodzić od wielu dostawców, standaryzacja sprzętowa urządzeń transmisyjnych na potrzeby sieci inteligentnych, interfejsów i usług zaczyna odgrywać coraz większą rolę. Międzynarodowe uzgodnienia standaryzacyjne odnośnie sieci IN, przedstawione najpierw jako obowiązujące zalecenia przez ITU (grupa 11), a następnie jako normy ETSI (NA6, SPS3), zakończyły się zdefiniowaniem rekomendacji usług podstawowych dla tych sieci, zwanych w skrócie zestawem CS-1 (Capability Set 1). Obecnie są one przedmiotem oferty wszystkich operatorów sieci IN, przy czym nie wszystkie wyszczególnione w zestawie usługi telekomunikacyjne cieszą się jednakowym zainteresowaniem wśród abonentów. Zestaw usług standardowych CS-1 ogranicza się do usług typowo komercyjnych, o dobrze zdefiniowanych mechanizmach współdziałania poszczególnych elementów sieci (usługi głosowe lub przekaz danych) – zwykle oferowanych za dodatkową opłatą. Ciągłe rozszerzanie architektury sieci IN spowodowało dalsze powiększenie zbioru usług podstawowych o kolejne klasy, określane odpowiednio jako zestawy CS-2, CS-3 i CS-4, z zachowaniem ciągłości ich świadczenia w stosunku do grup pierwotnych.

Zestaw usług CS-2 stanowi rozwinięcie zestawu CS-1 o funkcje i obszar działania sieci z uwzględnieniem potrzeb abonentów mobilnych i multimedialnych, a w szczególności o:

• sieci ruchome i szerokopasmowe BISDN (dostęp bezprzewodowy i usługi multimedialne);
• współdziałanie sieci o zasiągu międzynarodowym zarządzanych przez różnych operatorów;
• zarządzanie sieciami zgodnie ze standardem TMN (Telecommunication Management Network);
• jednolitą implementację usług na różnych platformach sprzętowych i oprogramowania.

W zestawie usług CS-2 zdefiniowano zasady współpracy i sygnalizację międzysieciową dla sieci IN należących do różnych operatorów, a także ­oddzielono funkcję sterowania wywołaniem (call control) od funkcji zestawiania połączeń (connection control). Kolejna wersja usług CS-3, obejmująca głównie aspekty multimedialne w sieci IN (wideokonferencje, szerokopasmowe VPN, wideo na żądanie VOD, telewizja rozsiewcza DTV), jest prowadzona w ramach projektów Eurescom i ACTS.

Zatwierdzony w 2000 r. zestaw usług CS-4 (standardy serii Q.1240) rozszerza właściwości sieci IN o nowe usługi telekomunikacyjne, sposoby ich kreowania i zarządzania. Dotyczy on konwergencji i współdziałania sieci wykonanych w technologii komutowania kanałów i przełączania pakietów – z ofertą usług głosowych VoIP włącznie. Elementy standaryzacji obejmują przekaz informacji przez bramy internetowe (gatekeeper) i serwery pośredniczące (proxy), także przez serwery głosowe z usługami rozszerzonej telefonii. Są one potrzebne przy oferowaniu różnorodnych głosowych usług telefonicznych: klasycznych usług głosowych z przekierowaniem połączeń, mobilności indywidualnego numeru abonenta, realizacji połączeń bezpłatnych i z opłatą dzieloną oraz do tworzenia prywatnych sieci wirtualnych (VPN).

Zdolność sieci inteligentnych do świadczenia głosowych usług przez sieci IP (VoIP) jest najbardziej istotną ich cechą. Usługi dostarczane użytkownikowi końcowemu mogą być rozszerzane przez implementację interfejsu API (Application Programming Interface), opartego na uniwersalnych specyfikacjach CORBA czy JAVA lub innych platformach. Ostatnie propozycje w tej materii umożliwiają wdrażanie specjalizowanych funkcji SRF (Specialized Resource Function) oraz najnowszych konwersji tekstowych TTS (Text to Speech) i STT (Speech to Text) – aplikacji dopiero wchodzących na rynek teleinformatyczny. W sieciach inteligentnych usługi zarówno podstawowe, jak też dodatkowe (VoIP) mogą funkcjonować niezależnie od zainstalowanej przez dostawców sieciowych infrastruktury technicznej i programowej, czyli niezależnie od zastosowanych na trasie przesyłania różnego rodzaju przełączników i platform oprogramowania. Taka elastyczność umożliwia nie tylko realizację bieżącej oferty VoIP, ale stanowi także podstawę do serwowania w przyszłości innych, jeszcze nie zdefiniowanych aplikacji zarówno przez sieci IP, jak i przez sieci IN.

Cechy sieci IN

Charakterystyczną cechą sieci inteligentnych jest zasadnicza zmiana wyobrażenia o kilku dogmatach obowiązujących do tej pory w telekomunikacji. Chodzi o to, że: numer końcowy nie musi oznaczać ani konkretnego telefonu, ani jakiegokolwiek telefonu, opłaty zaś niekoniecznie ma ponosić abonent wywołujący połączenie, a końcowy numer abonenta nie jest związany z fizyczną lokalizacją aparatu lub końcowego urządzenia komunikacyjnego. Korzystając z wirtualnej i wydzielonej logicznie sieci wewnątrz sieci publicznej, można zapewnić prywatny plan numeracji, uproszczoną numerację, rozliczanie według specjalnych taryf, przekierowanie zgłoszeń, a także odbieranie połączeń spoza wirtualnej sieci i realizację połączeń zewnętrznych. Do realizacji „inteligentnych usług” w sieci (nazwa jest klasycznym chwytem reklamowym serwowanym przez dostawców tych usług, z faktyczną inteligencją usługi te mają niewiele wspólnego) potrzebne są nowe funkcje sieci telekomunikacyjnej, umożliwiające:

• współdziałanie węzłów komutacyjnych z wyróżnionymi węzłami „inteligentnymi”, które nadzorują, zarządzają i wspomagają realizację nowych usług;
• wykorzystywanie w połączeniach standardowych styków i protokołów sygnalizacyjnych: DTMF, DSS1, SS7 (INAP, TCAP, ISUP, SCCP), także sygnalizacji w X.25;
• dostosowywanie parametrów usługowych sieci do indywidualnych wymagań i preferencji abonentów usług (np. bezpłatne połączenia z przekazywaniem zgłoszeń przychodzących, uwarunkowanych lokalizacją geograficzną abonentów, porą dnia lub dniem tygodnia);
• wirtualizację planów numeracyjnych aparatów końcowych;
• użytkownikom dostęp do wewnętrznych i indywidualnych usług oraz udogodnień z dowolnego miejsca w sieci.

Architektura sieci IN

Architektura sieci IN polega na wprowadzeniu do sieci telefonicznej niewielkiej liczby inteligentnych węzłów o specjalizowanych funkcjach, które przejmują na siebie przetwarzanie zgłoszeń wymagających dodatkowego, indywidualnego trybu obsługi. Idea sieci IN polega na oddzieleniu funkcji związanych z realizacją usługi (łączenie, nadawanie zapowiedzi słownych, odbiór informacji DTMF przekazywanej od abonenta i in.) od funkcji sterowania związanych z realizacją zgłoszeń abonenckich (okresowa translacja numeru abonenta wywoływanego w zależności od pory dnia/tygodnia, numeracja uproszczona, inne). Dzięki temu, że podstawowa sieć telefoniczna, realizująca tradycyjną transmisję i komutację połączeń telefonicznych, jest wzbogacona o wyspecjalizowane elementy sterowania (sygnalizacja) i algorytmy usługowe (przekazy z bazy danych), możliwe są usługi telekomunikacyjne o złożonych scenariuszach działania, tworzonych programowo, bez jakichkolwiek ograniczeń terytorialnych.

W rezultacie, zamiast długotrwałej i pracochłonnej metody wprowadzania każdej nowej usługi oddzielnie, a następnie testowania sprawności ich przebiegu w kolejnych (wszystkich) centrach komutacji, od razu uzyskuje się:

• szybkie i łatwe wprowadzanie nowych i złożonych usług telekomunikacyjnych;
• dostęp do usług IN od razu w całej sieci;
• elastyczne skalowanie i zarządzanie usługami;
• kontrola parametrów usług zarówno przez operatora, jak i samych subskrybentów usług.

Zgodnie z zaleceniami międzynarodowych organizacji standaryzacyjnych ITU-T/ETSI, sieć inteligentna została zdefiniowana przez zbiór konkretnych i złożonych funkcji operujących na różnych płaszczyznach sieci i realizowanych przez elementy (węzły) fizyczne. Sieć zbudowana w sposób modularny umożliwia stosunkowo prostą rozbudowę, łatwe doposażenie o nowe funkcje, a także pozwala integrować różne środowiska sieciowe przez zunifikowany system sygnalizacji cyfrowej SS7 (CCS7).

Komponenty struktury sieci

Podstawowe elementy sieci IN stanowią rozproszone terytorialnie ogniwa sieci inteligentnej, nakładające się na istniejącą infrastrukturę telekomunikacyjną. Do najistotniejszych węzłów, wspólnych dla sieci pochodzących od różnych producentów, należą:

• Węzeł SSP (Service Switching Point), którego podstawowym zadaniem jest wykrywanie zgłoszeń wymagających obsługi przez sieć inteligentną. Węzeł zapewnia przełączanie zasobów, sygnalizację i połączenia do innych komponentów sieci. Po rozpoznaniu wywołania usługi inteligentnej węzeł SSP komunikuje się z odpowiednim węzłem sterującym realizacją usługi (SCP) w celu uzyskania informacji o przebiegu obsługi zgłoszenia. Zwykle dzieje się to za pomocą sygnalizacji SS7, a zwłaszcza jej fragmentu INAP (Intelligent Network Application Part). Węzeł SSP jest odpowiedzialny za współpracę z siecią telekomunikacyjną na najniższym szczeblu hierarchii telekomunikacyjnej. Funkcję węzła SSP w sieci fizycznej spełnia odpowiednio oprogramowana centrala cyfrowa, umożliwiająca abonentom sieci publicznej dostęp do usług oferowanych przez sieć inteligentną.

• Węzeł SCP (Service Control Point), stanowi punkt centralny sieci i steruje właściwą realizacją usług sieci inteligentnej o funkcjach przechowywanych w sieciowej bazie danych (translacje planów numeracji). Węzeł winien zapewnić w czasie rzeczywistym obsługę znacznego trafiku, przy zachowaniu wysokiego poziomu dostępności, oraz łatwą rozbudowę modułową. Implementacja nowej usługi (scenariusza) polega na załadowaniu odpowiedniego programu usługi oraz dostępu do właściwej bazy danych (lub baz danych działających w trybie rozproszonym). Ustalone i przetestowane programy usług oraz dane są przekazywane do węzła SCP za pośrednictwem systemu zarządzania SMS. Węzły SCP (komputery) są budowane z wykorzystaniem najnowszych technik i technologii informatycznych o specjalistycznych zastosowaniach i dużych mocach obliczeniowych (procesory RISC, architektura klient–serwer). Mając na uwadze zwiększenie dyspozycyjności systemu, węzły SCP – stanowiące jądro sieci inteligentnej – są zwykle dublowane i rozproszone terytorialnie, co zapobiega załamaniu się systemu w razie lokalnej awarii czy kataklizmu.

• Węzeł SMS (Service Management System) zarządza usługami IN przez komunikowanie się ze wszystkimi elementami sieci. Umożliwia aktualizację danych i programów w węzłach SCP, ładowanie nowych funkcji usługowych, a także sporządzanie raportów. Wszystkie modyfikacje programów i konfiguracje w sieci wymagają potwierdzenia przez operatora i są monitorowane oraz archiwizowane. Istotną cechą węzła jest obsługa wielu transakcji, co wymaga wysokiej wydajności oprogramowania (procesy wielowątkowe).

• Węzeł SCE (Service Creation Environment) stanowi środowisko kreowania usług, zapewniające możliwość definiowania nowych rodzajów usług na potrzeby abonentów sieci telekomunikacyjnej, również ich weryfikację i testowanie. Generowanie usług polega na opracowaniu projektu nowej usługi, określeniu logiki jej działania oraz funkcji zarządzania wraz z interfejsem do użytkownika. Wdrażanie nowych usług do sieci fizycznej jest poprzedzane procesem symulacji tych usług w sieci odniesienia, stanowiącej model rzeczywistej IN. Do symulacji nowych usług wykorzystuje się graficzne narzędzia projektowe opisujące scenariusz usług (za pomocą modułów SIB), działające w systemie UNIX i dopiero po uzyskaniu pozytywnych wyników testów usługi są wprowadzane do węzła SMP, a następnie do właściwych węzłów sieci IN. Komunikację operatora z węzłami SCE zapewniają zwykle komputery klasy PC z Windows i współpracujące z systemem zarządzania usługami (SMP).

• Węzeł SMP (Service Management Point) zapewnia funkcję zarządzania usługami, umożliwia kontrolę wprowadzania usług do eksploatacji, ich udostępnianie oraz aktualizację danych we wszystkich węzłach konkretnej sieci IN. Scentralizowana struktura usług IN wymaga zarządzania ogromnymi ilościami danych. Większość z nich jest rozproszona w wielu fizycznych węzłach sieci (zarówno w węzłach SMP, jak i węzłach SCP), a nad ich poprawnością i spójnością (w odniesieniu do całego obszaru sieci) czuwa węzeł SMP. Za pomocą sygnalizacji SS7 lub protokołu X.25 węzeł SMP dodatkowo umożliwia operatorowi dostęp do baz danych, a w niektórych przypadkach także abonentom, oraz modyfikację niektórych parametrów i wgląd w statystyki przekazów.

• Węzeł IP (Intelligent Peripheral) jest inteligentnym urządzeniem pomocniczym wykorzystywanym przy realizacji tylko niektórych usług (odtwarzanie specjalnych komunikatów głosowych niezbędnych przy identyfikacji abonenta, wyposażenie do rozpoznawania głosu i sygnałów mowy, specjalne zapowiedzi słowne i inne). Węzeł IP pomaga użytkownikowi (słowne prowadzenie abonenta) w operacjach wymagających złożonych i długich manipulacji, wyłącznie w trakcie realizacji żądanej usługi IN.

Oprócz wymienionych, najczęściej spotykanych modułów składających się na podstawową infrastrukturę sieci inteligentnych, istnieją jeszcze inne, specyficzne dla danej konstrukcji sieci IN, pochodzącej od konkretnego producenta.

Moduły funkcyjne SIB

Dostosowanie funkcji sieci IN do specyficznych i różnorodnych wymagań abonentów wymaga modularnej konstrukcji usług. Elastyczność ich rozbudowy osiągnięto dzięki zastosowaniu unikatowej koncepcji modułowych bloków SIB (Service Independent Building Blocks). Stanowią one specjalizowane fragmenty oprogramowania zawierającego funkcje elementarne, z których składa się każdy rodzaj usługi IN. Zbiór tych gotowych i już zdefiniowanych elementarnych modułów jest rodzajem funkcjonalnego „tworzywa”, z którego powstają najbardziej wyrafinowane usługi sieciowe. Funkcje usług IN są tworzone przez łączenie ze sobą odpowiednich modułów SIB, zdefiniowanie ich parametrów i sposobu wzajemnych powiązań. Poszczególne elementy mogą być stosowane wielokrotnie i w różny sposób w konkretnej usłudze IN, ograniczając koszty i oszczędzając czas operatora podczas modernizacji infrastruktury sieci lub przy zmianie funkcji usług inteligentnych.

Podmioty w sieci IN

Oferta i udostępnianie nowych niestandardowych usług, często adaptowanych na indywidualne potrzeby abonentów, wymagają ukształtowania innego podziału współdziałających podmiotów – z podziałem ról odmiennych od tradycyjnie stosowanych w środowisku telekomunikacyjnym. W ofercie usług sieci IN identyfikuje się kilka grup niezależnych podmiotów, wśród których wyróżniają się:

• subskrybent usługi (service subscriber) – abonent (firma lub osoba prywatna) zamawiający usługę i uiszczający z tego tytułu odpowiednie opłaty na rzecz operatora sieci;
• dostawca usług (service provider) – jednostka projektująca i implementująca konkretną usługę z wykorzystaniem sprzętu i infrastruktury operatora sieci. Finansowe warunki użytkowania są uzgadniane z operatorem sieci;
• użytkownik usługi (service user) – korzystający z usługi bez jej abonowania i ewentualnie (w zależności od rodzaju tej usługi) ponoszący odpowiednie opłaty na rzecz operatora czy abonenta;
• operator sieci (network or service operator) – operator uprawniony do realizowania i utrzymywania usług w sieci telekomunikacyjnej IN, a także do dokonywania związanych z tym rozliczeń finansowych z oferentami, abonentami i użytkownikami usług;
• producent sprzętu (product supplier) – dostarczający wszelkiego rodzaju urządzeń dla sieci IN (systemy komutacji, systemy bazy danych, komputery do zarządzania i kreowania usług wraz z oprogramowaniem).