Кафедра "Сотовика" / OSA/Parlay: Лекция 6. Мобильные сети 3G и Parlay-шлюзы / СОТОВИК

Предлагаемая вашему вниманию лекция - уже шестая по счету в учебном цикле, подготовленном специально для читателей "Сотовика" российским представительством компании "Эрикссон". Предыдущие материалы по курсу собраны в разделе "Открытая технология OSA/Parlay" Библиотеки "Сотовика".

6.1 Один интерфейс одна семья программистов

Мобильные операторы уже вложили значительные средства в приобретение лицензий на право построения мобильных сетей 3-го поколения (3G), и в настоящий момент продолжают инвестировать в дальнейшее развитие этих сетей. На сегодняшний день выданы лицензии на построение сетей WCDMA 120 операторам, более 80 из которых уже подписали коммерческие соглашения на поставку систем 3-го поколения. Сейчас стало очевидно, что окупить данные вложения можно только при условии, если операторы смогут предложить абонентам привлекательные, удобные и разнообразные приложения и дополнительные услуги, приносящие реальную пользу и обеспечивающие дополнительные удобства пользователям. То есть, если, кроме традиционных голосовых услуг, будут широко развиты мультимедийные услуги (с разнообразным контентом), мобильная коммерция, развлечения и т.д. Все это потребует привлечения к разработке приложений достаточно широкого круга сторонних программистов, что в свою очередь приводит к необходимости внедрения открытых архитектур на сервисном уровне сети, таких как OSA/Parlay.

Инициатива разработки открытого доступа к услугам OSA (Open Service Access), в результате которой была создана новая международная организация Parlay-группа, явилась ответом на современные потребности рынка. ONE API for ONE developer community это выражение объясняет цели и оптимизм, с которым работает объединенная API-группа (Joint API Group). API-группа пытается учесть интересы пяти заинтересованных международных организаций (рис. 1):

• Parlay-группа,

• Международный консорциум 3GPP (в рамках проектов UMTS и OSA),

• Институт стандартизации ETSI (в рамках проектов NGN и OSA),

• JAIN,

• ITU-T.

Рис. 1. Схема взаимодействия Объединенной API-группы (Joint API Group) с международными организациями: Parlay-группа, Международный консорциум 3GPP, Институт стандартизации ETSI, JAIN и ITU-T.

На рис. 1 указан основной алгоритм работы Joint API Group:

1) Требования к интерфейсам пишут участники Joint API Group, т.е. представители упомянутых пяти организаций,
2) Интерфейсы API разрабатываются с учетом требований участников Joint API Group,
3) Результаты получают все участники Joint API Group.

Открытые интерфейсы API неразрывно связаны с технологией программирования. В настоящее время объединяющим является язык UML (Unified Modeling Language). На базе модели UML каждый из членов Joint API Group генерирует свой формат документов (см. http://docbox.etsi.org/span/Open/Span12/). Разработаны реализации интерфейсов API для трех технологий (рис. 2):

• OMG IDL для CORBA,
• WSDL для HTTP/SOAP,переход на Java OSA APIs из JAIN SPA.

Рис. 2. Реализация интерфейсов API для трех технологий: OMG IDL (для CORBA), WSDL (для HTTP/SOAP) и JAIN SPA (в виде Java OSA APIs)

Конечно, следует отметить, что деятельность Joint API Group вообще, и концепция Parlay в частности, дают ответ только на часть задач, стоящих перед консорциумом 3GPP (рис. 3), а именно:

В части базовых сетей это только открытый доступ OSA,
В части услуг и сетевых аспектов:

• Требования к предоставлению услуг,
• Архитектура построения приложений и услуг.

Рис. 3. Место Joint API Group в концепции 3GPP

6.2. Услуги мобильных сетей в IN

В Лекции 1 мы рассматривали интеллектуальные сети IN, утверждали, что модель вызова IN является основой концепции Parlay, что Федеральная интеллектуальная сеть России реализует несколько услуг из набора IN CS1 (Intelligent Network Capability Set 1). Следует заметить, что услуги мобильной сети включены во второй набор услуг интеллектуальных сетей IN CS2, который стандартизован совсем недавно в 1997-98 гг. Этот набор услуг обеспечивает конвергенцию интеллектуальных и мобильных сетей. В частности, дополнения (по сравнению с IN CS1) касаются услуги UPT (Universal Personal Telecommunication) и мобильных сетей PLMN (Public Land Mobile Network). Перечислим часть из этих дополнений (по рекомендации ITU-T Q.1221, 1997), что даст представление о широте охвата интересов мобильных сетей:

Услуги, определенные для мобильного пользователя:

Аутентификация пользователя (User AUThentication, UAUT) используется в процессе взаимодействия пользователя и сети. UAUT предполагает применение алгоритмов засекречивания для контроля информации, поступающей от пользователя.
Регистрация пользователя (User REGistration, UREG) может производиться с собственного терминала или с чужого (remote registration). Оба подхода описаны в рекомендации F.851 "UPT Service description".
Регистрация на прием входящих вызовов (in-call registration) может производиться на фиксированное время.
Регистрация исходящих вызовов (OutGoing call REGistration, OGREG)
Упрощенная процедура заказа услуг (Follow-On, FO) применяется для размещения последующего заказа на услуги, в случае когда первый из них в определенной серии уже сделан.
Доставка сохраненных сообщений (Provision of Stored Messages, PSM) обеспечивает доступ к сообщениям голосовой почты после регистрации.
Регистрация нескольких адресов терминала (Multiple Terminal Address Registration, MTAR) дает право получать входящие вызовы, переадресованные в определенной последовательности по разным номерам, в случае отсутствия ответа в рамках заданного пользователем интервала времени.
Блокировка/разблокировка входящих вызовов (Blocking/unblocking of incoming calls, BUIC) можно осуществлять с чужого терминала.

Услуги, обусловленные мобильностью терминала:

Аутентификация терминала (Terminal AUThentication, TAUT).
Эстафетная передача (Handover, HOV) Это сложный процесс в сети мобильной связи, который инициирует пользователь или сетевое устройство. Эта услуга включает четыре процесса:

• - Мониторинг потребности в хендовере (включает процесс измерений мощности сигнала, сигнализацию и т.д.),
• - Принятие решения о хендовере,
• - Исполнение хендовера,
• - Завершение хендовера.

Регистрация местоположения терминала (Terminal Location Registration, TLR).
Сообщения о доступности/недоступности терминала (Terminal attach/detach, ATDT).
Определение местоположения терминала (Terminal PAGing, TPAG).
Передача сообщений в режиме пейджера (Radio PAGing, RPAG) это позволяет передать голосовое сообщение, сообщение в виде тонов, или буквенно-цифровое к одному или нескольким пейджерам.
Экстренные беспроводные вызовы (Emergency Calls in Wireless, ECW).
Управление процессом засекречивания (Cryptographic Information Management, CIM) эта услуга связана с аутентификацией пользователя (UAUT) и терминала (TAUT).

6.3. Мобильная сеть 2.5G/3G как развитие концепции IN

Реализация услуг IN в мобильных сетях GSM получила название CAMEL (Customized Applications for Mobile Enhanced Logic). Услуги подобраны с учетом наборов СS1/СS2 (Capability Set). В частности, в CAMEL реализуются услуги определения местоположения, предоплаты, мобильных виртуальных сетей VPN, услуги маршрутизации вызова и др. Протокол МАР стандартный протокол сетей GSM пришлось дополнить новым протоколом САР (CAMEL Application Protocol). Проект CAMEL воплощается поэтапно. Рисунок 4 иллюстрирует третий этап проекта CAMEL. В верхней части рисунка показаны:

•  GMSC/gsmSSF мобильный центр коммутации с функциями шлюза GMSC и функциями коммутатора услуг SSР сети GSM,
•  VMSC/VLR/gsmSSF гостевой (visited) центр коммутации с функциями VLR и функциями коммутатора услуг SSР сети GSM,
•  А также среда CAMEL-услуг CSE (CAMEL Service Environment).

В нижней части рисунка показана сеть GPRS, точнее:

•  GGSN (Gateway GPRS Support Node) шлюз GPRS,
•  SGSN (Serving GPRS Support Node) обслуживающий узел GPRS.

Показана переадресация вызовов между мобильной и фиксированной сетями. Режим переадресации (forwarding) зависит от того, поступает ли вызов из мобильной сети (MO mobile originated), или вызов завершается в мобильной сети (MT mobile terminated).

Рис. 4. Архитектура сети с использованием CAMEL (фаза 3)

6.4. Услуги мультимедиа в архитектуре 3GРР

Основной чертой сетей 3G является расширение средств коммутации, а именно: наряду с коммутацией каналов и коммутацией пакетов появляется третья среда мультимедиа (IM, сокращенно от IP multimedia). Конечно, абоненты сети 3G хотят получать набор услуг не меньший, чем в сетях IN, и в частности, пользоваться всеми видами услуг по карте предоплаты. На рис. 5 приведена упрощенная архитектура 3GРР в части мультимедийных услуг. В ней указаны основные функциональные элементы и интерфейсы:

• В IM-области основным протоколом взаимодействия становится протокол SIP.
• Cохраняются возможности сети GPRS (см. узлы SGSN и GGSN).
• Добавляется функция S-CSCF (Serving Call Session Control Function). Узел S-CSCF выполняет функции контроля вызова, контроля ресурсов и регистрации услуг.

Но самое главное добавляются открытые программные интерфейсы:

• между серверами мультимедийных приложений и
• между сервером мультимедийных приложений и узлом S-CSCF.

Важнейшую роль приобретает домашний сервер пользователя HSS (Home Subscriber Server). Он содержит базу данных, которая доступна устройствам SGSN, GGSN и S-CSCF, а также серверу мультимедийных приложений.

Рис. 5. Упрощенная архитектура сети 3GРР в части мультимедийных услуг

6.5. Международный проект OPIUM

С 2002 г. проводятся работы по использованию Parlay-шлюзов в сетях 3G в рамках Международного проекта OPIUM (от Open Platform for Integration of UMTS Middleware). Целью проекта является объединение усилий в области внедрения 3G услуг разных европейских операторов, строящих сети третьего поколения по стандартам UMTS. Выделены три проблемы:

1. Важнейшим условием успеха является внедрение открытых интерфейсов услуг, и ключевую роль в этом проекте играют OSA/Parlay-шлюзы.

2. Обеспечение совместной работы Parlay-шлюзов разных производителей становится непременным условием успеха самого проекта UMTS.

3. Кроме того, следует обеспечить различные сценарии роуминга: между UMTS-UMTS, UMTS-GPRS, UMTS-WLAN.

Рис. 6. Центральная роль Parlay-шлюза
 в проектах будущих мобильных сетей

Рисунок 6 иллюстрирует главную идею проекта OPIUM: Parlay-шлюз становится центральным звеном мобильных сетей 3-го поколения. Он выполняет связующую роль (Middleware) между сетями (в нижней части рисунка) и приложениями. Все типы сетей (UMTS, WLAN, GPRS, GSM, ISDN) выходят на Parlay-шлюз посредством своих протоколов взаимодействия, как с участием серверов Call Server, SIP Server, так и других. Сети UMTS и WLAN достигают Parlay-шлюз через сеть пакетной коммутации. В верхней части рисунка показаны серверы приложений, порталы и специализированные серверы: Messaging Server, Streaming Server, Mobility & Presence.

В настоящее время проект OPIUM реализуется в пяти странах в Германии, Великобритании, Испании, Португалии и Китае. Более подробную информацию см. www.ist-opium.org

Возможно, нашего читателя также заинтересует опыт внедрения и коммерческую эксплуатацию Parlay-шлюзов от Эрикссон крупнейшим 3G-оператором 3 (Hutchison) в своих сетях третьего поколения в Швеции, Дании, Италии, Австрии и Австралии, тогда предлагаем ознакомится с докладом г-на З.Лозински (Z.Lozinski) на 10-ом Совещании Parlay Group, San Diego, май, 2003, Parlay Deployments)

6.6. Домашнее задание

Изучить возможные варианты построения сервисной сети согласно 3GPP (рис. 7) и роль интерфейсов OSA. Более подробную информацию см. в докладе Т. Магеданц (T. Magedanz) на 10-ом Совещании Parlay Group (San Diego, май, 2003).

Рис. 7. Возможные варианты интеграции
сервисного уровня в 3G сети

(c) М.А.Шнепс-Шнеппе, доктор технических наук, профессор,
А.M.Килин, менеджер по техническим решениям, компания "Эрикссон"

(c) подготовка к публикации ИАА "Сотовик"

Другие материалы по курсу собраны в разделе "Открытая технология OSA/Parlay" Библиотеки "Сотовика".