Изобретение относится к системам связи. Технический результат заключается в усовершенствовании взаимодействия сетей связи. Общий глобальный шлюз (ОГШ) обеспечивает взаимодействие между первой сетью и второй сетью, так что мобильная станция, являющаяся абонентом в первой сети, может попасть во вторую сеть и быть аутентифицирована для использования второй сети. ОГШ получает параметры аутентификации от мобильной станции и определяет, удовлетворяют ли эти параметры аутентификации критериям аутентификации ОГШ. Если да, то ОГШ обращается к первой сети и запоминает информацию аутентификации из первой сети для последующих обращений к первой сети мобильной станцией. 4 н. и 17 з.п. ф-лы, 2 ил.

Рисунки к патенту РФ 2339188

По данной заявке приоритет испрашивается по дате предварительной заявки на патент США № 60/455909, поданной 18 марта 2003 г.

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится в общем к системам беспроводной связи, в частности к системам, которые позволяют обеспечить межсетевое взаимодействие между первой сетью и второй сетью.

Уровень техники

Множественный доступ с кодовым разделением каналов (МДКР) (CDMA) является цифровой беспроводной технологией, которая по своей природе имеет относительно большую пропускную способность полосы частот, т.е. которая по своему существу позволяет обслуживать больше телефонных вызовов на полосу частот, нежели другие технологии беспроводной связи. Кроме того, принципы расширенного спектра МДКР по своей природе обеспечивают безопасную связь. Патент США № 4901307, включенный сюда посредством ссылки, излагает подробности системы МДКР, которую можно использовать для передачи как речевых вызовов, так и неречевых компьютерных данных.

Несмотря на преимущества МДКР существуют и иные беспроводные системы, которые используют другие принципы. К примеру, на большей части Земли используется GSM (глобальная система мобильной связи - ГСМС), которая применяет вариант множественного доступа с временным разделением каналов.

Используются ли принципы МДКР или иные принципы, системы беспроводной связи можно представлять как имеющие два основных компонента, а именно - беспроводную сеть радиодоступа (СРД) (RAN) и базовую инфраструктуру, которая осуществляет связь с СРД и с внешними системами, такими как коммутируемая телефонная сеть общего пользования (КТСОП) (PSTN), интернет (в частности - хотя и не исключительно - для передачи данных) и т.п. Эта базовая инфраструктура, связанная с различными беспроводными технологиями, может быть очень дорогостоящей как в терминах аппаратного обеспечения, так и в терминах разработки протоколов связи для поддержания конкретизированного, как правило специфичного для системы переключения, абонирования с сопутствующими аутентификацией и слежением за вызовом, и биллинга. Следовательно, протоколы связи одной беспроводной системы (в случае GSM это протоколы GSM, а в случае МДКР, такой как cdma2000-1x, это протоколы IS-41) могут быть несовместимы с протоколами другой системы без дорогостоящих чрезмерных изменений в базовой инфраструктуре одной или другой системы.

Было бы желательно обеспечить межсетевое взаимодействие между сетью МДКР и сетью GSM, обеспечивая посредством этого использование СРД, основанной на МДКР, с присущими ее преимуществами, и обеспечивая использование базовой инфраструктуры, основанной на GSM, поскольку GSM существует на большей части Земли.

Тем самым двухрежимной мобильной станции может быть предоставлена возможность преимущественно взаимодействовать с базовой инфраструктурой GSM, когда находится, например, в Европе, и использовать инфраструктуру МДКР, когда она находится, например, в Соединенных Штатах.

Раскрытие изобретения

В одном аспекте настоящего изобретения для поддержания связи между первой сетью и второй сетью, чтобы дать возможность мобильной станции (МС) (MS), являющейся абонентом в первой сети, осуществлять связь с помощью второй сети, выполняется общий глобальный шлюз (ОГШ) (GGG), содержащий базу данных, выполненную для хранения идентификатора мобильной станции, и логический блок, выполненный для исполнения программной логики, чтобы получить аутентифицирующую информацию из первой сети на основании идентификатора мобильной станции.

В другом аспекте настоящего изобретения общий глобальный шлюз (ОГШ) содержит средство для хранения идентификации мобильной станции и средство для исполнения программной логики, чтобы получить информацию аутентификации из первой сети на основании идентификации мобильной станции.

В еще одном аспекте настоящего изобретения способ беспроводной связи между первой сетью и второй сетью, чтобы дать возможность мобильной станции (МС) (MS), являющейся абонентом в первой сети, осуществлять связь с помощью второй сети, содержит шаги, в которых запоминают идентификацию мобильной станции, получают информацию аутентификации из первой сети на основании идентификации мобильной станции, запоминают информацию аутентификации из первой сети в общем глобальном шлюзе (ОГШ) и используют запомненную информацию аутентификации из первой сети для аутентификации мобильной станции.

В еще одном аспекте настоящего изобретения машиночитаемый носитель, содержащий программу команд, исполняемых компьютерной программой для выполнения способа беспроводной связи между первой сетью и второй сетью, чтобы дать возможность мобильной станции (МС) (MS), являющейся абонентом в первой сети, осуществлять связь с помощью второй сети, при этом способ содержит шаги, в которых запоминают идентификацию мобильной станции, получают информацию аутентификации из первой сети на основании идентификации мобильной станции, запоминают информацию аутентификации из первой сети в общем глобальном шлюзе (ОГШ) и используют запомненную информацию аутентификации из первой сети для аутентификации мобильной станции.

Понятно, что другие варианты осуществления настоящего изобретения станут более очевидны для специалистов из нижеследующего подробного описания, в котором различные варианты осуществления изобретения показаны и описаны посредством иллюстраций. Как будет понятно, изобретение допускает иные и отличные варианты осуществления, а некоторые его детали могут модифицироваться в различных иных отношениях, и все это без отхода от сущности и объема настоящего изобретения. Соответственно, чертежи и подробное описание должны рассматриваться как иллюстративные по своей природе, а не ограничивающие.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 показывает блок-схему системы беспроводной связи, содержащей сеть МДКР, сеть GSM, общий глобальный шлюз (ОГШ) и мобильные станции.

Фиг. 2а и 2b показывают блок-схему алгоритма аутентификации и обращения к первой сети в случае роуминга во второй сети в соответствии с вариантом осуществления.

Осуществление изобретения

Настоящее изобретение относится в общем к системам беспроводной связи, а в частности к системам, которые позволяют обеспечить межсетевое взаимодействие между первой сетью и второй сетью. Фиг. 1 показывает первую сеть - сеть 12 МДКР, взаимодействующую со второй сетью - сетью 14 GSM, в соответствии с вариантом осуществления.

Фиг. 1 показывает блок-схему системы 10 беспроводной связи, содержащей сеть 12 МДКР, сеть 14 GSM, общий глобальный шлюз (ОГШ) 16 и мобильные станции 18, 20, 22, 24. Мобильная станция 20 включает в себя модуль 26 идентификации абонента (МИА) (SIM). Мобильная станция 24 МДКР включает в себя МИА 28. МИА 26, 28 являются съемными, соединенными с мобильными станциями 20, 24 соответственно, согласно известным в технике принципам. В варианте осуществления, включающем в себя сеть GSM, ОГШ называется глобальным шлюзом GSM.

ОГШ 16 обеспечивает взаимодействие между сетью 12 МДКР и сетью 14 GSM. ОГШ включает в себя приемопередатчик (не показан), который позволяет ему посылать и принимать сообщения к сети 12 МДКР и сети 14 GSM и от них.

В варианте осуществления сеть МДКР представляет собой сеть ANSI-41. Для специалистов было бы очевидно, что сеть 12 МДКР может быть любой из множества сетей МДКР, включая, но не ограничиваясь ими, cdma200-1x и cdma200-1xEV-DO.

Для специалистов было бы очевидно также, что сеть 14 GSM может быть любой из множества сетей GSM последующих сетей, включая, но не ограничиваясь ими, общие пакетные радиоуслуги (ОПРУ) (GPRS), универсальную мобильную систему связи (УМСС) (UMTS) и широкополосный МДКР (ШМДКР) (W-CDMA).

Далее, для специалистов будет очевидно, что сети 12, 14 не ограничиваются GSM и МДКР. К примеру, сети 12, 14 могли бы быть сетями 802.11, WiMax или интернет-протокола (IP). Сеть 12 МДКР и сеть 14 GSM определены на фиг. 1 для целей иллюстрации. В варианте осуществления, если одна из этих двух сетей 12, 14 является сетью GSM, GGG можно было бы рассматривать как акроним для глобального шлюза GSM (GSM Global Gateway).

Сеть 14 GSM содержит ядро 30 GSM и сеть 32 радиодоступа GSM. Ядро 30 GSM содержит регистр 34 абонентов GSM (РА GSM) (HLR GSM), центр 36 аутентификации GSM (ЦАу GSM) (GSM AuC), центр 38 службы коротких сообщений GSM (ЦСКС GSM) (GSM SMSC) и центр 40 мобильной коммутации шлюза GSM (ЦМКШ GSM) (GSM GMSC). Сеть 12 МДКР содержит регистр 42 абонентов МДКР (РА МДКР) (CDMA HLR), центр 44 аутентификации МДКР (ЦАу МДКР) (CDMA AuC), центр 46 мобильной коммутации МДКР (ЦМК МДКР) (CDMA MSC) и связанную сеть 48 радиодоступа МДКР (СРД МДКР) (CDMA RAN).

В отношении мобильной станции GSM, являющейся абонентом ядра 20 МДКР, ОГШ 16 функционирует как регистр 50 посетителей (РП) (VLR) для сети 14 GSM. В отношении мобильной станции 24 МДКР, являющейся абонентом в ядре 30 GSM, ОГШ 16 функционирует как регистр 52 посетителей (РП) для сети 12 МДКР.

Мобильные станции 18, 20, 22, 24 не обязательно должны быть абонентами в обеих базовых инфраструктурах 12, 14 и могут быть абонентами только в одной из базовых инфраструктур 12, 14.

В отношении как мобильной станции GSM, являющейся абонентом в ядре 30 МДКР, так и мобильной станции МДКР, являющейся абонентом в ядре 24 GSM, ОГШ 16 функционирует как центр 54 службы коротких сообщений (ЦСКС) (SMSC). Для специалистов было бы очевидно, что ОГШ 16 может включать в себя ЦСКС 54 или связываться с ним.

В варианте осуществления ОГШ 16 включает в себя сервисный центр, который посылает и принимает сообщения IP. Для специалистов было бы ясно, что ОГШ 16 может включать в себя любой известный в уровне техники сервисный центр, чтобы посылать и принимать сообщения в протоколе этого сервисного центра. В варианте осуществления посредством ОГШ 16 может быть послано и принято сообщение, при этом сообщения доставляют услуги, которые обеспечиваются первой сетью и которые могут не обеспечиваться второй сетью.

Мобильные станции 18, 20 поддерживают протокол сигнализации GSM, процедуру аутентификации GSM и службу коротких сообщений GSM. Аналогично, мобильные станции 22, 24 поддерживают протокол сигнализации МДКР, процедуру аутентификации МДКР и службу коротких сообщений МДКР.

В процессе регистрации мобильной станции МДКР, являющейся абонентом ядра 24 GSM, ОГШ действует как контроллер аутентификации в сети МДКР, но аутентифицирует мобильную станцию 24 с помощью механизма аутентификации GSM. Аналогично, в процессе регистрации мобильной станции GSM, являющейся абонентом ядра 20 МДКР, ОГШ действует как контроллер аутентификации в сети GSM, но аутентифицирует мобильную станцию 20 с помощью механизма аутентификации МДКР.

ОГШ действует как центр сообщений через центр 54 службы коротких сообщений. В сети МДКР сообщения СКС направляются к мобильной станции 24 и от нее с помощью механизма СКС МДКР. Аналогично, в сети GSM сообщения СКС маршрутизируются к мобильной станции 20 или от нее с помощью механизма СКС МДКР.

ОГШ 16 принимает сообщение местоположения от мобильных станций 20, 24. ОГШ использует идентификатор в сообщении местоположения, чтобы получить информацию аутентификации и знать, какой РА/ЦАу нуждается в запрашивании.

Поступающий вызов к зарегистрированному абоненту 24 GSM прибывает к ЦМК 40 шлюза GSM (ЦМКШ GSM) в домашней сети 14 GSM абонента. ЦМКШ 40 запрашивает РП 50 GSM определить местоположение абонента 24, который находится в сети 12 МДКР. Это местоположение абонента 24 с позиции РП 50 GSM находится в ОГШ 16, который представляется РМП GSM. Когда РП 50 GSM запрашивает маршрутизирующую информацию от ОГШ 16, ОГШ 16 запрашивает маршрутизирующую информацию от обслуживающего РП 52 МДКР, и тем самым вызов маршрутизируется к ЦМК 46 МДКР.

Аналогично, поступающий вызов к зарегистрированному абоненту 20 МДКР прибывает к ЦМК 46 МДКР в домашней сети 12 МДКР абонента. ЦМК 46 МДКР запрашивает РП 52 МДКР определить местоположение абонента 20, который находится в сети 14 GSM. Это местоположение абонента 20 МДКР с позиции РП 52 МДКР находится в ОГШ 16, который представляется РМП МДКР. Когда РП 52 МДКР запрашивает маршрутизирующую информацию от ОГШ 16, ОГШ 16 запрашивает маршрутизирующую информацию от обслуживающего РП 50 GSM, и тем самым вызов маршрутизируется к ЦМКШ 40 GSM.

Основанные на МДКР мобильные станции 22, 24 осуществляют связь с центром 46 мобильной коммутации (ЦМК) МДКР с помощью сети 48 радиодоступа (СРД) МДКР в соответствии с известными в технике принципами МДКР. В варианте осуществления ЦМК 46 МДКР представляет собой ЦМК IS-41.

Аналогично, основанные на GSM мобильные станции 18, 20 осуществляют связь с центром 40 мобильной коммутации GSM (ЦМК GSM) с помощью СРД 32 GSM в соответствии с известными в технике принципами GSM.

В соответствии с известными в технике принципами МДКР, СРД 48 МДКР включает в себя базовые станции и контроллеры базовых станций. В варианте осуществления показанная на фиг. 1 СРД 48 МДКР использует cdma2000 и в частности использует cdma2000 1x, cdma2000 3x или принципы высокоскоростной передачи данных (ВПД) (HDR) cdma2000.

В соответствии с известными в технике принципами GSM, СРД 32 GSM включает в себя базовые станции и контроллеры базовых станций. В варианте осуществления СРД 32 GSM использует либо GSM, GPRS, EDGE, UMTS, либо принципы ШМДКР.

Базовая инфраструктура МДКР, содержащая ЦМК 46 МДКР и СДР 48 МДКР, может включать в себя или может обращаться к центру 44 аутентификации МДКР (ЦАу МДКР) и регистру 42 абонентов МДКР (РА МДКР) в соответствии с известными в технике принципами МДКР, чтобы аутентифицировать абонентскую мобильную станцию 22 и собрать финансовую и биллинговую информацию, как требуется конкретной базовой инфраструктурой МДКР.

Аналогично, ядро 30 GSM может включать в себя или обращаться к центру 36 аутентификации GSM (ЦАу GSM) и регистру 34 абонентов (РА GSM) в соответствии с известными в технике принципами GSM, чтобы аутентифицировать абонентскую мобильную станцию 22 и собрать финансовую и биллинговую информацию, как требуется конкретной базовой инфраструктурой GSM.

СКС 46 МДКР использует ОГШ 16 для связи с сетью 14 GSM. Сеть 14 GSM может включать в себя или обращаться к центру 36 аутентификации GSM и регистру 34 абонентов (РА GSM) в соответствии с известными в технике принципами GSM, чтобы аутентифицировать абонентскую мобильную станцию 24 и собрать финансовую и биллинговую информацию, как требуется конкретной базовой инфраструктурой GSM.

Аналогично, ЦСКС 40 GSM использует ОГШ 16 для связи с сетью 12 МДКР. Сеть 12 МДКР может включать в себя или обращаться к центру 44 аутентификации МДКР и регистру 42 абонентов (РА) в соответствии с известными в технике принципами МДКР, чтобы аутентифицировать абонентскую мобильную станцию 20 и собрать финансовую и биллинговую информацию, как требуется конкретной сетью 12 МДКР.

Как ядро 30 GSM, так и базовая инфраструктура МДКР могут осуществлять связь с сетью, такой как коммутируемая телефонная сеть общего пользования (КТСОП) (PSTN) и (или) сеть интернет-протокола (IP).

В отношении мобильной станции 24 МДКР, являющейся абонентом в ядре 30 GSM, ОГШ 16 функционирует как РП 50 для сети 14 GSM. ОГШ 16 отвечает требованиям протокола GSM для РП 50. ОГШ 16 взаимодействует с сетевыми элементами ядра GSM, такими как РА 34 GSM и ЦСКС 38 GSM согласно спецификациям GSM за исключением того, что ОГШ 16 маршрутизирует поступающие вызовы в сеть 12 МДКР. РП 50 GSM также выполняет обновление местоположений с сетью 14 GSM, когда мобильная станция регистрируется в сети 12 МДКР. В этом смысле ОГШ 16 действует как РП для всей сети 12 МДКР.

В отношении мобильной станции 20 GSM, являющейся абонентом в сети 12 МДКР, ОГШ 16 функционирует как РП 52 для сети 12 МДКР. ОГШ 16 отвечает требованиям протокола МДКР для РП 52. ОГШ 16 взаимодействует с сетевыми элементами ядра МДКР, такими как РА 42 МДКР и ЦКС 46 МДКР согласно спецификациям МДКР за исключением того, что ОГШ 16 маршрутизирует поступающие вызовы в сеть 12 МДКР. РП 52 МДКР также выполняет обновление местоположений с сетью 12 МДКР, когда мобильная станция регистрируется в сети 14 GSM. В этом смысле ОГШ 16 действует как РП для всей сети 14 GSM.

Когда мобильная станция, которая находится в сети 12 МДКР, вызывается из сети 14 GSM, этот вызов маршрутизируется к РП 52 МДКР в ОГШ 16 по стандартным спецификациям. ОГШ 16 маршрутизирует вызов в сеть 12 МДКР. Сеть 12 МДКР окончательно маршрутизирует вызов в ЦКС 46 МДКР, обслуживающий мобильную станцию. Аналогично, если СКС маршрутизируется в сеть 12 МДКР из сети 14 GSM, ОГШ 16 маршрутизирует это сообщение в центр сообщений (не показано) в сети 12 МДКР.

Когда мобильная станция, которая находится в сети 14 GSM, вызывается из сети 12 МДКР, этот вызов маршрутизируется к РП 50 GSM в ОГШ 16 по стандартным спецификациям. ОГШ 16 маршрутизирует вызов в сеть 14 GSM. Сеть 14 GSM окончательно маршрутизирует вызов в ЦСКС 40 GSM, обслуживающий мобильную станцию. Аналогично, если СКС маршрутизируется в сеть 14 GSM из сети 12 МДКР, ОГШ 16 маршрутизирует это сообщение в ЦСКС GSM в сети 14 GSM.

Когда мобильная станция регистрируется в сети 12 МДКР, сеть 12 МДКР посылает указание обновления местоположения в сеть 14 GSM. РП 50 GSM затем выполняет обновление как по стандартным спецификациям с базовой сетью 14 GSM.

Когда мобильная станция регистрируется в сети 14 GSM, сеть 14 GSM посылает указание обновления местоположения в сеть 12 МДКР. РП 52 МДКР затем выполняет обновление как по стандартным спецификациям с сетью 12 МДКР.

В отношении мобильной станции 24 МДКР, которая является абонентом ядра 30 GSM, ОГШ 16 действует как РП 52 в сети 12 МДКР. РП 52 МДКР должен отвечать требованиям протокола РП для роуминга GSM в МДКР. Важной частью информации о том, что поддерживает РП 52, является адрес ЦКС 46 МДКР, обслуживающего мобильную станцию 24. Когда РП 50 GSM в ОГШ 16 маршрутизирует вызов на сторону 12 МДКР, РП 52 МДКР будет далее маршрутизировать его к обслуживающему ЦКС 46.

В отношении мобильной станции 20 GSM, которая является абонентом сети 12 МДКР, ОГШ 16 действует как РП 50 в сети 14 GSM. РП 50 GSM должен отвечать требованиям протокола РП для роуминга МДКР в GSM. Важной частью информации о том, что поддерживает РП 50, является адрес ЦСКС 40 GSM, обслуживающего мобильную станцию 20. Когда РП 52 МДКР в ОГШ 16 маршрутизирует вызов на сторону 14 GSM, РП 50 GSM будет далее маршрутизировать его к обслуживающему ЦКС 40.

ОГШ действует как центр аутентификации (ЦАу) в сети МДКР для абонентов 24 GSM. ЦАу 44 в сети 12 МДКР отвечает за аутентификацию мобильной станции и разрешает/запрещает доступ к сетевым ресурсам. Функция ЦАу в ОГШ заключается не в вызове ключа А, предоставляемого в ОГШ или МС. Вместо этого ОГШ использует удостоверения аутентификации GSM и способ аутентификации GSM посредством сигнализации GSM для аутентификации мобильной станции 24. ОГШ реагирует на достоверные сообщения, которые могут быть получены ЦАу 44 МДКР.

ОГШ действует как центр аутентификации (ЦАу) в сети GSM для абонентов 20 МДКР. ЦАу 36 в сети 14 GSM отвечает за аутентификацию мобильной станции и разрешает/запрещает доступ к сетевым ресурсам. Функция ЦАу в ОГШ заключается не в вызове ключа А, предоставляемого в ОГШ или МС. Вместо этого ОГШ использует удостоверения аутентификации МДКР и способ аутентификации МДКР посредством сигнализации МДКР для аутентификации мобильной станции 20. ОГШ реагирует на достоверные сообщения, которые могут быть получены ЦАу 36 GSM.

ОГШ 16 действует как центр сообщений (ЦС) (МС) в сети 12 МДКР и маршрутизирует сообщения СКС между мобильной станцией 24 МДКР и ЦСКС 40 GSM с помощью механизма СКС GSM.

Аналогично, ОГШ 16 действует как центр сообщений (ЦС) (МС) в сети 14 GSM и маршрутизирует сообщения СКС между мобильной станцией 20 GSM и ЦКС 46 МДКР с помощью механизма СКС МДКР.

МС 24 МДКР должна иметь достоверную идентификацию в сети МДКР. Если эта идентификация отличается от международной идентификации мобильных абонентов (МИМА) (IMSI) (т.е. если сеть МДКР не использует истинной МИМА), тогда ОГШ обеспечивает отображение между идентификацией МДКР и МИМА GSM. Специалистам понятно, что можно использовать известный в технике метод/способ для уникальной идентификации мобильной станции 24.

МС 20 GSM должна иметь достоверную идентификацию в сети GSM. В варианте осуществления эта идентификация является МИМА GSM (т.е. если сеть МДКР не использует истинной МИМА). Если идентификация в сети GSM отличается от идентификации в сети МДКР, тогда ОГШ обеспечивает отображение между идентификацией GSM и идентификацией МДКР. Специалистам понятно, что можно использовать известный в технике метод/способ для уникальной идентификации мобильной станции 20.

В неограничивающем варианте осуществления мобильные станции 18, 20 являются мобильными телефонами, изготовленными компанией Kyocera, Samsung или иным производителем, который использует принципы GSM интерфейсы эфирной связи «по эфиру» (ПЭ) (ОТА) GSM. В неограничивающем варианте осуществления мобильные станции 22, 24 являются мобильными телефонами, изготовленными компанией Kyocera, Samsung или иным производителем, который использует принципы GSM интерфейсы эфирной связи «по эфиру» (ПЭ) (ОТА) GSM. Настоящее изобретение, однако, применимо к другим мобильным станциям, таким как переносные компьютеры, беспроводные трубки или телефоны, приемопередатчики данных или приемники пейджинга и определения местоположения. Мобильные станции могут быть ручными или портативными, например установленными в движущихся экипажах (в том числе легковых и грузовых автомобилях, лодках, самолетах, поездах), как желательно. Однако, хотя устройства беспроводной связи рассматриваются в общем как мобильные, следует понимать, что настоящее изобретение может быть применено к «фиксированным» блокам в некоторых воплощениях. К тому же настоящее изобретение применимо к модулям или модемам данных, используемым для переноса речевой информации и (или) информации данных, в том числе оцифрованной видеоинформации, и может осуществлять связь с другими устройствами с помощью проводных или беспроводных линий. Далее, могут использоваться команды, чтобы заставить модемы или модули работать заранее заданным скоординированным или связанным образом для переноса информации по множеству каналов связи. Устройства беспроводной связи иногда называются также пользовательскими терминалами, мобильными станциями, мобильными блоками, абонентскими блоками, мобильными радиоустройствами или радиотелефонами, беспроводными блоками или просто «пользователями» и «мобильниками» в некоторых системах связи.

Фиг. 2а и 2b показывают блок-схему алгоритма для аутентификации и обращения к первой сети при роуминге во второй сети в соответствии с вариантом осуществления. На шаге 202 мобильная станция 22 (МС) попадает в область МДКР и процесс управления переходит к шагу 204. На шаге 204 мобильная станция 24 инициирует обращение системы регистрации и процесс управления переходит к шагу 206. На шаге 206 мобильная станция посылает сообщение регистрации к ЦКС 46 второй сети через СРД 48 второй сети и процесс управления переходит к шагу 208.

Обращение к системе регистрации представляет собой сообщение к ЦКС 46 через СРД 48, причем сообщение включает в себя идентификацию мобильной станции. В варианте осуществления идентификация мобильной станции может быть обеспечена посредством SIM 28. В варианте осуществления идентификацией мобильной станции 24 является МИМА. В варианте осуществления идентификация мобильной станции 24 представляет собой мобильный идентификационный номер (МИН) (MIN).

На шаге 208 ЦСК 46 определяет на основании идентификации мобильной станции сетевой абонемент, т.е. является ли мобильная станция 24 абонентом второй сети или первой сети. В варианте осуществления, в котором идентификация мобильной станции 24 представляет собой МИМА, ЦКС 46 может выполнить это определение, потому что МИМА среди прочей информации содержит код, представляющий страну и сеть, в которой эта мобильная станция является абонентом. Процесс управления переходит к шагу 210.

На шаге 210 ЦКС 46 второй сети определяет абонент мобильной станции из идентификации мобильной станции. На шаге 210 ЦКС 46 второй сети проверяет, является ли мобильная станция 24 абонентом второй сети. Если мобильная станция 24 является абонентом второй сети, то мобильная станция 22 аутентифицируется с помощью принципов базовой инфраструктуры второй сети, используя РА 42 и ЦАу 44 на шаге 212. Если мобильная станция 24 является абонентом первой сети 14, то ЦКС 46 второй сети посылает идентификацию и местоположение мобильной станции с параметрами аутентификации к ОГШ на шаге 212. Процесс управления переходит к шагу 214.

На шаге 214 делается проверка, чтобы определить, находит ли ОГШ 16 идентификацию мобильной станции в базе данных ОГШ (не показано) и удовлетворяют ли параметры аутентификации критериям аутентификации ОГШ. Если нет, на шаге 216 ОГШ 16 посылает к мобильной станции через ЦКС 46 и СРД 48 второй сети сообщение, указывающее, что мобильная станция не аутентифицируется. Если результат проверки положительный, то на шаге 218 ОГШ 16 посылает идентификацию и местоположение мобильной станции с параметрами аутентификации к ядру первой сети и процесс управления переходит к шагу 220.

ОГШ включает в себя логический блок (не показано) для исполнения программной логики. Специалистам понятно, что логический блок может включать в себя универсальный процессор, специализированный процессор и (или) встроенные программы.

На шаге 220 делается проверка, чтобы определить, находит ли ядро первой сети идентификацию мобильной станции в РП первой сети и что параметры аутентификации отвечают критериям аутентификации первой сети. Если нет, то на шаге 222 ядро первой сети посылает к мобильной станции через ЦКС 46 и СРД 48 второй сети сообщение, указывающее, что мобильная станция не аутентифицируется. Если результат этот проверки положительный, то на шаге 224 ядро первой сети обновляет местоположение мобильной станции и посылает сообщение аутентификации с параметрами аутентификации первой сети к ОГШ 16 и процесс управления переходит к шагу 226.

На шаге 226 ОГШ 16 запоминает параметры аутентификации первой сети для последующих обращений мобильной станцией. Таким образом, может быть не нужно исполнять всю процедуру аутентификации при последующем обращении, что означает, что можно не обращаться к ядру первой сети. Процесс управления переходит к шагу 228.

На шаге 228 ОГШ 16 посылает сообщение аутентификации к ЦКС 46 второй сети и ЦКС 46 посылает сообщение аутентификации к мобильной станции через СРД 48 второй сети. Процесс управления переходит к шагу 230.

Спустя некоторое время на шаге 230 мобильная станция вновь обращается к первой сети и процесс управления переходит к шагу 232.

На шаге 232 делается проверка, чтобы определить, продолжают ли параметры аутентификации отвечать критериям аутентификации ОГШ. Если нет, то на шаге 234 ОГШ 16 посылает сообщение к мобильной станции через ЦКС 46 и СРД 48 второй сети. Если результат проверки положительный, на шаге 236 мобильная станция обращается к первой сети. Процесс управления переходит к шагу 230 для следующего раза, когда мобильная станция обращается к первой сети.

Хотя частное взаимодействие между сетью МДКР и сетью GSM, как показано здесь и подробно описано, полностью способно достигать вышеуказанных целей изобретения, следует понимать, что это предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения и он, таким образом, представляет предмет, который широко подразумевается настоящим изобретением, и что объем настоящего изобретения полностью охватывает другие варианты осуществления, которые могут стать очевидны для специалистов, и что объем настоящего изобретения должен соответственно ограничиваться ничем иным как приложенной формулой изобретения, в которой ссылки на элемент в единственном числе направлены не на то, чтобы подразумевать «один и только один», если только это не указано в явном виде, а на «один или несколько». Все структурные и функциональные эквиваленты для элементов вышеописанного предпочтительного варианта осуществления, которые уже известны или станут известны специалистам, специально включены сюда посредством ссылки и предназначены быть охваченными настоящей формулой изобретения. Кроме того, для устройства или способа не обязательно обращаться к каждой и любой проблеме, которую пытается решить настоящее изобретение, чтобы они были охвачены настоящей формулой изобретения. Далее, никакие элементы, компоненты или шаги способа в настоящем описании не подразумеваются быть общедоступными независимо от того, выражен ли этот элемент, компонент или шаг способа явным образом в формуле изобретения. Никакой элемент формулы изобретения здесь не должен толковаться по условиям шестого абзаца § 112 из 35 USC, если только этот элемент не выражен явно с помощью выражения «средство для» или - в случае пункта формулы изобретения на способ - этот элемент не выражен как «шаг» вместо «действие».

Шаги способа могут меняться местами без отхода от объема изобретения.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Общий глобальный шлюз (ОГШ), выполненный для поддержания связи между первой сетью и второй сетью, чтобы дать возможность мобильной станции (МС), являющейся абонентом в первой сети, осуществлять связь с помощью второй сети, содержащий: базу данных, выполненную для запоминания идентификации мобильной станции; и логический блок, выполненный для исполнения программной логики, чтобы получать информацию аутентификации из первой сети на основании идентификации мобильной станции.

2. ОГШ по п.1, который также содержит регистр местоположения, выполненный для запоминания местоположения мобильной станции, чтобы дать возможность маршрутизировать вызов, поступающий на мобильную станцию из первой сети, в поступающий вызов к мобильной станции через ОГШ.

3. ОГШ по п.1, в котором логический блок также выполнен для определения того, удовлетворяют ли параметры аутентификации из мобильной станции критериям аутентификации ОГШ.

4. ОГШ по п.1, который также содержит сервисный центр, выполненный для отправки и приема сообщений ко второй сети и из нее согласно формату сообщений сервисного центра.

5. ОГШ по п.2, который также содержит второй регистр местоположения, выполненный для запоминания местоположения мобильной станции, чтобы дать возможность маршрутизировать вызов, исходящий из мобильной станции в первую сеть, в исходящий вызов из мобильной станции через ОГШ.

6. ОГШ по п.4, в котором сервисный центр выполнен для отправки и приема сообщений Интернет-протокола (IP) во вторую сеть и из нее.

7. ОГШ по п.4, в котором сервисный центр является центром службы коротких сообщений (ЦСКС), выполненным для отправки и приема сообщений во вторую сеть и из нее.

8. ОГШ по п.4, в котором сообщения доставляют услуги, которые обеспечиваются первой сетью и которые могут не обеспечиваться второй сетью.

9. ОГШ по п.7, в котором ЦСКС выполнен для отправки и приема сообщений СКС, чтобы проверять достоверность абонента в сети.

10. Общий глобальный шлюз (ОГШ), выполненный для поддержания связи между первой сетью и второй сетью, чтобы дать возможность мобильной станции (МС), являющейся абонентом в первой сети, осуществлять связь с помощью второй сети, содержащий: средство для запоминания идентификации мобильной станции и средство для исполнения программной логики, чтобы получать информацию аутентификации из первой сети на основании идентификации мобильной станции.

11. ОГШ по п.10, который также содержит средство для запоминания местоположения мобильной станции, чтобы дать возможность маршрутизировать вызов, поступающий на мобильную станцию из первой сети, в поступающий вызов к мобильной станции через ОГШ.

12. ОГШ по п.10, в котором средство для исполнения программной логики выполнено для определения того, удовлетворяют ли параметры аутентификации из мобильной станции критериям аутентификации ОГШ.

13. ОГШ по п.11, который также содержит средство для отправки и приема службы коротких сообщений (СКС) во вторую сеть и из нее.

14. ОГШ по п.11, который также содержит средство для запоминания местоположения мобильной станции, чтобы дать возможность маршрутизировать вызов, исходящий из мобильной станции в первую сеть, в исходящий вызов из мобильной станции через ОГШ.

15. Способ беспроводной связи между первой сетью и второй сетью, дающий возможность мобильной станции, являющейся абонентом в первой сети, осуществлять связь с помощью второй сети, содержащий следующие шаги: запоминание идентификации мобильной станции; получение информации идентификации из первой сети на основании идентификации мобильной станции; запоминание информации аутентификации из первой сети в общем глобальном шлюзе (ОГШ) и использование запомненной информации аутентификации из первой сети для аутентификации мобильной станции.

16. Способ по п.15, который также содержит шаг, на котором запоминают местоположение мобильной станции, чтобы дать возможность маршрутизировать вызов, поступающий на мобильную станцию из первой сети, в поступающий вызов к мобильной станции через ОГШ.

17. Способ по п.15, который также содержит шаг, на котором определяют, удовлетворяют ли параметры аутентификации из мобильной станции критериям аутентификации ОГШ.

18. Способ по п.15, который также содержит шаг, на котором осуществляют связь непосредственно из мобильной станции в первую сеть после того, как мобильная станция аутентифицирована в первой сети.

19. Способ по п.15, который также содержит шаг, на котором отправляют и принимают службы коротких сообщений (СКС) во вторую сеть и из нее.

20. Способ по п.16, который также содержит шаг, на котором запоминают местоположение мобильной станции, чтобы дать возможность маршрутизировать вызов, исходящий из мобильной станции в первую сеть, в исходящий вызов из мобильной станции через ОГШ.

21. Машиночитаемый носитель, заключающий в себе программу команд, исполняемых компьютерной программой для выполнения способа беспроводной связи между первой сетью и второй сетью, дающий возможность мобильной станции, являющейся абонентом в первой сети, осуществлять связь с помощью второй сети, содержащий следующие шаги: запоминание идентификации мобильной станции; получение информации идентификации из первой сети на основании идентификации мобильной станции; запоминание информации аутентификации из первой сети в общем глобальном шлюзе (ОГШ) и использование запомненной информации аутентификации из первой сети для аутентификации мобильной станции.

Данный вопрос рассмотрим на примере наиболее распространенной и признанной эталонной модели взаимодействия открытых систем ISO/OSI (ВОС).

В основу эталонной модели положена идея декомпозиции процесса функционирования открытых систем на уровни, причем разбиение на уровни производится таким образом, чтобы сгруппировать в рамках каждого из них функционально наиболее близкие компоненты. Кроме того, требуется, чтобы взаимодействие между смежными уровнями было минимальным, число уровней сравнительно небольшим, а изменения, производимые в рамках одного уровня, не требовали бы перестройки смежных. Отдельный уровень, таким образом, представляет собой логически и функционально замкнутую подсистему, сообщающуюся с другими уровнями посредством специально определенного интерфейса. В рамках модели ISO/OSI каждый конкретный уровень может взаимодействовать только с соседними. Совокупность правил и соглашений относительно способа представления данных, обеспечивающего их передачу в нужных направлениях и правильную интерпретацию данных всеми участниками процесса информационного обмена называется протоколом .

Эталонная модель содержит семь уровней (табл. 1.1):

1) физический;

2) канальный;

3) сетевой;

4) транспортный;

5) сеансовый;

6) представительный;

7) прикладной.

Таблица 1.1

Семиуровневая модель протоколов межсетевого обмена OSI

	Наименование
	Прикладной	Предоставление услуг на уровне конечного пользователя: почта, теледоступ и пр.
	Представительный	Интерпретация и сжатие данных
	Сеансовый	Аутентификация и проверка полномочий
	Транспортный	Обеспечение корректной сквозной пересылки данных
		Маршрутизация и ведение учета
	Канальный	Передача и прием пакетов, определение аппаратных адресов
	Физический	Собственно кабель или физический носитель

Каждый уровень передающей станции в этой иерархической структуре взаимодействует с соответствующим уровнем принимающей станции посредством нижележащих уровней. При этом каждая пара уровней с помощью служебной информации в сообщениях устанавливает между собой логическое соединение, обеспечивая тем самым логический канал связи соответствующего уровня. С помощью такого логического канала каждая пара верхних уровней может обеспечивать между собой взаимодействие, абстрагируясь от особенностей нижних. Другими словами, каждый уровень реализует строго определенный набор функций, который может использоваться верхними уровнями независимо от деталей реализации этих функций.

Рассмотрим подробнее функциональное назначение каждого уровня.

Физический уровень. Физический уровень обеспечивает электрические, функциональные и процедурные средства установления, поддержания и разъединения физического соединения. Реально он представлен аппаратурой генерации и управления электрическими сигналами и каналом передачи данных. На этом уровне данные представляются в виде последовательности битов или аналогового электрического сигнала. Задачей физического уровня является передача последовательности битов из буфера отправителя в буфер получателя.

Канальный уровень. Протоколы канального уровня занимают особое место в иерархии уровней: они служат связующим звеном между реальным каналом, вносящим ошибки в передаваемые данные, и протоколами более высоких уровней, обеспечивая безошибочную передачу данных. Этот уровень используется для организации связи между двумя станциями с помощью имеющегося в наличии канала связи. При этом станции могут быть связаны несколькими каналами. Задача протокола канального уровня – составление кадров, правильная передача и прием последовательности кадров, контроль последовательности кадров, обнаружение и исправление ошибок в информационном поле (если это необходимо).

Сетевой уровень. Сетевой уровень предоставляет вышестоящему транспортному уровню набор услуг, главными из которых являются сквозная передача блоков данных между передающей и приемной станциями (то есть выполнение функций маршрутизации и ретрансляции) и глобальное адресование пользователей. Другими словами, нахождение получателя по указанному адресу, выбор оптимального (в условиях данной сети) маршрута и доставка блока сообщения по указанному адресу.

Таким образом, на границе сетевого и транспортного уровней обеспечивается независимость процесса передачи данных от используемых сред, за исключением качества обслуживания. Под качеством обслуживания понимается набор параметров, обеспечивающих функционирование сетевой службы, отражающий рабочие (транзитная задержка, коэффициент необнаруженных ошибок и др.) и другие характеристики (защита от несанкционированного доступа, стоимость, приоритет и др.). Система адресов, используемая на сетевом уровне, должна иметь иерархическую структуру и обеспечивать следующие свойства: глобальную однозначность, маршрутную независимость и независимость от уровня услуг.

Различают следующие виды сетевого взаимодействия:

С установлением соединения - между отправителем и получателем сначала с помощью служебных пакетов организуется логический канал (отправитель - отправляет пакет, получатель – ждет получение пакета), который разъединяется после окончания сообщения или в случае неисправимой ошибки. Такой способ используется протоколом Х.25;

Без установления соединения (дейтаграммный режим) – обмен информацией осуществляется с помощью дейтаграмм (разновидность пакетов), независимых друг от друга, которые принимаются также независимо друг от друга и собираются в сообщение на приемной станции. Такой способ используется в архитектуре протоколов DARPA.

Транспортный уровень. Транспортный уровень предназначен для сквозной передачи данных через сеть между оконечными пользователями – абонентами сети. Протоколы транспортного уровня функционируют только между оконечными системами.

Основными функциями протоколов транспортного уровня являются разбиение сообщений или фрагментов сообщений на пакеты, передача пакетов через сеть и сборка пакетов. Они также выполняют следующие функции: отображение транспортного адреса в сетевой, мультиплексирование и расщепление транспортных соединений, межконцевое управление потоком и исправление ошибок. Набор процедур протокола транспортного уровня зависит как от требований протоколов верхнего уровня, так и от характеристик сетевого уровня. Наиболее известным протоколом транспортного уровня является протокол TCP (Transmission Control Protocol).

Протоколы верхних уровней. К протоколам верхних уровней относятся протоколы сеансового, представительного и прикладного уровней. Они совместно выполняют одну задачу - обеспечение сеанса обмена информацией между двумя прикладными процессами, причем информация должна быть представлена в том виде, который понятен обоим процессам. Поэтому, обычно, эти три уровня рассматривают совместно. Под прикладным процессом понимается элемент оконечной системы, который принимает участие в выполнении одного или нескольких заданий по обработке информации. Связь между ними осуществляется с помощью прикладных объектов – элементов прикладных процессов, участвующих в обмене информацией. При этом протоколы верхних уровней не учитывают особенности конфигурации сети, каналов и средств передачи информации.

Протоколы представительного уровня предоставляют услуги по согласованию синтаксиса передачи (правил, задающих представление данных при их передаче) и конкретным представлениям данных в прикладной системе. Другими словами, на представительном уровне осуществляется синтаксическое преобразование данных от вида, используемого на прикладном уровне, к виду, используемому на остальных уровнях (и наоборот).

Прикладной уровень. Основной задачей протоколов прикладного уровня является интерпретация данных, полученных с нижних уровней, и выполнение соответствующих действий в оконечной системе в рамках прикладного процесса. В частности, эти действия могут заключаться в передаче управления определенным службам ОС вместе с соответствующими параметрами. Кроме того, протоколы при­кладного уровня могут предоставлять услуги по идентификации и аутентификации партнеров, установлению полномочий для передачи данных, проверке параметров безопасности, управлению диалогом и др.

2. Общие сведения об ISDN. Цифровые интегральные сети связи

2. Общие сведения об ISDN

2.1. Назначение ISDN

Цифровая сеть с интеграцией служб ISDN представляет собой разновидность сети связи, в которой производится передача речи, данных, текста и изображений между сетевыми точками доступа в цифровом виде. CCITT* определяет ISDN как:

"Сеть, полученную из телефонии IDN, которая обеспечивает цифровое соединение для предоставления широкого диапазона услуг, к которому пользователи имеют доступ с помощью ограниченного ряда стандартных многоцелевых интерфейсов "пользователь – сеть ".

ISDN базируется на цифровой телефонной сети, называемой интегральной цифровой сетью IDN, которая включает в себя:

• обычные двухпроводные абонентские линии;
• 32-х или 24-х канальную звеньевую структуру с ИКМ;
• систему сигнализации №7.

ISDN обеспечивает цифровые соединения. Это означает, что терминалы и абонентские линии являются цифровыми. Цифровая коммутация реализует более качественную и гибкую передачу информации по сравнению с аналоговой коммутацией.

ISDN предоставляет все существующие телекоммуникационные услуги, а также сможет предоставлять перспективные услуги в будущем.

Пользователи ISDN имеют доступ к различным видам услуг посредством стандартных интерфейсов "пользователь – сеть " независимо от запрашиваемой услуги.

Некоторыми другими характеристиками ISDN являются:

• один доступ "пользователь – сеть" может использоваться для нескольких соединений одновременно;
• по всей ISDN используется внеканальная сигнализация, это означает, что сигнализация не будет нарушать соединение;
• система сигнализации DSS1 (между пользователем и сетью) намного мощнее старой абонентской сигнализации.

2.1.1. Основные применения

До недавнего времени существовали раздельные сети для передачи голоса и различных видов данных, абоненты имели отдельные каналы доступа к различным сетям и услугам (рис. 2.1).

ISDN предоставляет абонентам доступ к этим услугам (как разговорным, так и не разговорным) по одной цифровой абонентской линии. Эти службы, в некоторых случаях зависящие от типа терминала, являются доступными абоненту посредством одного терминала (рис. 2.2).

Доступ имеет ряд разделенных во времени информационных каналов и отдельный канал для сигнализации.

ISDN может также функционировать как шлюзовая сеть, подключенная к другим выделенным сетям, таким как сеть передачи данных с коммутацией пакетов и телефонная сеть (рис. 2.3).

ISDN может быть географически расширена по территории всей страны, использоваться в ограниченной географической местности или применяться для отдельного ведомства.

Пример применений

Абонент ISDN одновременно может наблюдать изображение на терминале видеотекса и беседовать с клиентом по телефону. Это является примером объединения (интеграции) данных и речи, передаваемых по одной и той же абонентской линии. Следует отметить, что линия, используемая для такой интегрированной связи, представляет собой существующий двухпроводный абонентский шлейф.

2.2. Доступы "пользователь-сеть"

Существуют два типа доступов "пользователь – сеть", регламентируемых CCITT. Они приспособлены к особым ситуациям нагрузки трафика с установленным количеством каналов коммутации.

2.2.1. Основной (базовый) доступ (BRA)

Основной доступ используется при малых нагрузках трафика. Обычно он включает один канал сигнализации (D) и два информационных канала (В). Примером абонентской связи через основной доступ является частный дом или предприятие малого бизнеса. Основной доступ использует общую двухпроводную абонентскую линию (рис. 2.4).

2.2.2. Первичный доступ (PRA)

Этот доступ может применяться при большем трафике, чем при основном доступе. Двумя примерами устройств, которые могут быть подключены к первичному доступу, являются ISDN учрежденческая АТС (ISPBX) и ISDN-мультиплексор (MUX – Multiplexer) – IMUX. ISРВХ может быть соединена с ISDN через один или несколько первичных доступов в зависимости от трафика, поступающего от ISРВХ. IMUX соединяется с ISDN через один первичный доступ.

Первичный доступ может иметь любую из следующих комбинаций каналов абонентского доступа (рис. 2.5):

• один канал сигнализации и до 23-х каналов коммутации;
• до 24-х каналов коммутации;
• один канал сигнализации и до 30-ти информационных каналов;
• до 31-го информационного канала.

Канал сигнализации для первичного доступа может быть расположен в другом первичном доступе. Тогда такой первичный доступ будет содержать только информационные каналы.

Применение

Две структуры доступа "пользователь-сеть", описанные выше, основаны на звеньях коммутации, уже существующих в телефонной сети общего пользования (PSTN).

Обычная двухпроводная абонентская линия используется для основного доступа и такая способность линии ограничивает ряд каналов пользовательского доступа двумя информационными каналами и одним каналом сигнализации.

Первичный доступ основан на ИКМ - звеньях, уже используемых в телефонных сетях. Существует два типа систем с ИКМ, одна со скоростью передачи 2048 кбит/с, а другая – 1544 кбит/с.

Система ИКМ со скоростью 2048 кбит/c имеет максимум 31 канал, а система ИКМ со скоростью 1544 кбит/с – 24 канала.

2.3. Каналы абонентского доступа

В традиционной телефонной сети пользователь связывается с центральным коммутатором (АТС) через абонентскую линию. Местная абонентская линия состоит из одного аналогового канала, применяемого для передачи по сети сигналов (например, при наборе телефонного номера), и информации (разговора, звука, видеоинформации или двоичных данных).

В ISDN местная абонентская линия передает только цифровые данные, хотя она может быть любого типа, доступного в современной коммуникационной среде. Местная линия ISDN связывает оборудование пользователя с аппаратурой местной станции. Абонентская линия ISDN состоит из отдельных логических каналов, которые можно комбинировать для предоставления пользователю интерфейса с ISDN. Эти логические каналы разделяются на три типа. При передаче по местной абонентской линии каждому каналу отводится свой интервал времени. Для этого используется процесс мультиплексирования с разделением по времени. Кроме того, каналам ISDN присваивается категория согласно их использованию (передача сигналов или передача данных) и в соответствии со стандартной скоростью передачи данных по каналу конкретного типа.

Различные типы каналов абонентского доступа ISDN представлены в табл. 2.1.

Таблица 2.1 – Типы каналов ISDN

2.3.1. D – канал

Основным назначением D – канала является перенос через ISDN информации сигнализации, относящейся к контролю соединений коммутации каналов.

D – канал переносит информацию о сигнализации между терминалом и местной станцией ISDN в двух направлениях. На станции информация сигнализации направляется непосредственно к управляющему устройству системы коммутации для установления соединения.

Хотя информация сигнализации имеет наибольший приоритет по D – каналу, существует возможность передачи по этому каналу других видов информации.

Сообщения между абонентами также посылаются по D – каналам. Это краткие текстовые сообщения, передаваемые между двумя пользовательскими терминалами. Такие сообщения подвергаются контролю на станции, но не обрабатываются. Они непосредственно передаются принимающему терминалу. D – канал также может использоваться для передачи ограниченного количества пакетов данных, предназначенных для коммутации, через ISDN пакетному манипулятору сети передачи данных с коммутацией пакетов.

2.3.2. В – канал

В – канал предназначен для переноса широкой разновидности цифровой информации между терминалом и местной станцией ISDN в двух направлениях. Поэтому В – канал продолжается от местной станции ISDN непосредственно через сеть ISDN по направлению к другой местной станции ISDN, а далее к назначенному терминалу.

Примерами информации, переносимой по В – каналу, являются закодированный (ИКМ) речевой сигнал и цифровые данные.

2.3.3. Битовая скорость

В – каналы имеют битовую скорость 64 кбит/с, тогда как для D – канала существуют две битовые скорости.

Когда D – канал используется в качестве канала сигнализации для основного доступа, для двух В – каналов достаточно иметь скорость 16 кбит/с с целью передачи информации сигнализации, а также для управления ограниченным количеством информации, передаваемой между абонентами.

Первичный доступ содержит до 30-ти В – каналов и соответственно требуется больший объем информации для передачи сигнализации. D – канал для первичного доступа имеет битовую скорость 64 кбит/с.

Заметим, что D – и В – каналы являются полностью дуплексными.

2.3.4. Дополнительные каналы

Первичный интерфейс может быть использован для поддержки Н – каналов. Некоторые из этих структур включают в себя D – канал со скоростью передачи 64 кбит/с для контроля сигнализации. Когда D – канал отсутствует, то считается, что D – канал по другому первичному интерфейсу при таком же расположении абонента будет обеспечивать любую требуемую сигнализацию. Высокая битовая скорость Н – канала может быть использована, например, при факсимильной связи или передаче видеоинформации. В настоящее время определены три Н – канала:

• Канал Н0 первичного интерфейса . Это канал со скоростью 384 кбит/с, содержащий 6 непрерывных каналов по 64 кбит/с.
• Канал Н1 первичного интерфейса . Представляет собой канал со скоростью 1536 кбит/с для интерфейса Т1 (1544 кбит/с).
• Канал Н12 . Состоит из одного канала 1920 кбит/с (30 каналов по 64 кбит/с) и одного D – канала.

2.4. Оборудование абонента

Термин "абонент " обозначает человека. Потребитель ISDN тоже является человеком. Термин "пользователь " обозначает как человека, так и компьютер, представленный потребителем для использования услуг и удобств сети. По умолчанию термин "пользователь" обозначает терминал ISDN.

2.4.1. Основные функциональные группы

Оборудование абонента ISDN может быть классифицировано в соответствии с рис. 2.6.

Рис. 2.6. Группы функционального оборудования:

ТЕ 1 - оконечное оборудование 1-го типа;
ТЕ 2 - оконечное оборудование 2-го типа;
ТА - оконечный адаптер;
NT - сетевое окончание

Специальные групповые функции могут быть образованы одной или несколькими частями оборудования. Также несколько функциональных групп могут быть представлены в одной части оборудования.

2.4.2. Терминал ISDN (ТЕ1)

Существуют ISDN - терминалы, начиная от самых простых речевых телефонных аппаратов до комплексных универсальных компьютеров.

Примеры терминалов ISDN:

• цифровые телефонные терминалы;
• персональные компьютеры;
• телетексные терминалы;
• терминалы телефакса;
• терминалы видеотекса;
• многофункциональные терминалы.

Приведем некоторые из новых дополнительных услуг, обеспечиваемых терминалами ISDN:

• отображение текстовых сообщений, данных по оплате, номера вызывающего абонента;
• сохранение номеров вызывающих абонентов;
• ускоренный набор номера;
• сохранение последних 10 набранных номеров;
• повторный набор одного из последних 10 набранных номеров;
• набор номера по внутреннему телефонному справочнику с фамилией и телефонным номером.

Терминал ISDN имеет интерфейс непосредственно к ISDN, который реализуется в соответствии со стандартом пользовательских интерфейсов. В терминал также включена некоторая логика (в микропроцессоре) для управления межсетевым взаимодействием со станцией ISDN.

Обычно такой терминал имеет в качестве минимального оборудования телефонную трубку, устройство для цифрового набора номера, дисплей для текстовых сообщений и номера телефонов абонентов и, возможно, клавиатуру для набора текстовых сообщений.

2.4.3. Не ISDN-терминалы (ТЕ2)

Терминалы типа ТЕ2 имеют интерфейсы, которые выполнены в соответствии с рекомендациями, отличными от ISDN-рекомендаций. Примером ТЕ2 является обычный аналоговый телефонный аппарат.

2.4.4. Оконечный адаптер (ТА)

Оконечный адаптер (терминальный адаптер – Terminal Adapter – ТА) снабжает не ISDN - терминал (ТЕ2) дополнительным аппаратным и программным обеспечением с целью соответствия стандарту ISDN-интерфейсов.

Существуют следующие типы оконечных адаптеров:

• абонентский, представляющий собой контроллер с соответствующим аппаратно-программным обеспечением;
• в виде монтажной платы для персонального компьютера (ПК).

Оконечный адаптер преобразует контрольные сигналы, используемые терминалом, в протокол, применяемый для передачи контрольных сообщений по каналу сигнализации, а также изменяет скорость и формат оконечных данных терминала (для передачи по каналам коммутации ISDN).

Совокупность ТА и ТЕ2 обеспечивает выполнение функций, аналогичных ТЕ1. Примером ТА является плата расширения и программное обеспечение для адаптации ПК к стандартному интерфейсу ISDN. Программное и аппаратное обеспечение ТА позволяет абоненту использовать экран и клавиатуру ПК для набора номера и управления сообщениями. ТА допускает выбор информационных каналов и подключение через плату расширения микротелефонной трубки к ПК.

Основные функции оконечного адаптера:

• преобразование протокола сигнализации;
• преобразование данных;
• ускоренный набор номера;
• удобство дисплея.

2.4.5. Сетевое окончание (NT1)

Сетевое окончание работает в качестве узла адаптации между терминалами или оконечными адаптерами и цифровой абонентской линией. Сетевое окончание располагается в помещении абонента.

NT1 содержит микропроцессор для контроля битовых потоков и управления ситуациями столкновения (коллизиями), которые происходят, когда несколько терминалов одновременно передают информацию по каналу сигнализации. Отметим, что есть несколько различных типов NT1 в зависимости, в основном, от количества информационных каналов.

Основные функции NT1:

• линейные соединения;
• эксплуатация линий;
• синхронизация;
• подача питания через интерфейс по направлению к терминалу;
• уплотнение битовых потоков;
• адаптация терминалов и абонентской линии;
• управление столкновениями (коллизиями).

2.4.6. Цифровая абонентская линия

Цифровая абонентская линия обеспечивает полную дуплексную передачу по одной металлической витой паре со скоростью, достаточной для поддержки работы ISDN при наличии двух информационных каналов и одного канала сигнализации. Физическое окончание цифровой абонентской линии на конце сети называется линейным окончанием (LT). Физическое окончание на абонентском конце называется сетевым окончанием (NT), как показано на рис. 2.7.

Цифровой битовый поток, передаваемый в каждом направлении по цифровой абонентской линии, разделяется во времени для обеспечения нескольких каналов абонентского доступа.

Так называемая пассивная шина соединяет до 8-ми терминалов с сетевым окончанием (NT1), как показано на рис. 2.8.

Шину называют пассивной, потому что прямую связь между терминалами по шине осуществить невозможно, не пройдя вначале через коммутационную станцию.

2.4.7. Сетевое окончание (NТ2)

NT2 является функциональной группой с большим числом функций, таких как коммутация и обработка информации сигнализации.

Функции устройства NT2 может выполнять учрежденческая АТС ISPBX или же локальная сеть (LAN – Local Area Network). NT2 требует применения NT1 для адаптации к линии передачи. NT1 в этом случае отличается от NT1, упоминаемого ранее. Оно соединяется с ISDN по звену с числом каналов, большим чем 3, используемых в цифровой абонентской линии.

Основные функции NT2 включают:

• обработку информации сигнализации;
• мультиплексирование информации сигнализации;
• коммутацию данных;
• концентрацию данных;
• функции эксплуатации;
• физическое соединение.

2.4.8. Учрежденческая ISDN АТС

Для больших компаний со многими телефонными расширениями учрежденческая ISDN АТС (ISРВХ) может обеспечивать коммутационные функции, концентрацию трафика и другие возможности.

ISРВХ функционально мало отличается от ISDN местной станции, как показано на рис. 2.9.

2.4.9. ISDN-мультиплексор (IMUX)

Для удаленной группы пользователей ряд абонентских линий может быть уплотнен в мультиплексоре IMUX, подсоединенном к местной станции ISDN по уплотненному звену высшего порядка (рис. 2.10).

Информационные каналы, организуемые по абонентским линиям, будут иметь фиксированные канальные позиции в звене по направлению к ISDN.

Функциональные группы, описанные выше, могут быть скомбинированы различными способами. CCITT определил рекомендуемые конфигурации для стандартных комбинаций функциональных групп. Эти конфигурации полезны при идентификации различных возможных физических установок абонентского доступа к местной ISDN-станции.

В рекомендуемых конфигурациях используют 5 опорных точек, но только 3 из них к настоящему времени стандартизированы CCITT. Опорные точки отделяют различные функциональные группы и иногда соответствуют физическому интерфейсу между частями оборудования.

Опорная точка S отделяет ISDN-терминал (ТЕ1) от NT1 и соответствует пассивной шине.

Не ISDN-терминал (ТЕ2) соединяется через ТА с опорной точкой S. В этом случае существует опорная точка R между не ISDN-терминалом и ТА. Эта опорная точка отображена в X- или V- рекомендациях CCITT в зависимости от типа ТЕ2.

Две функциональные группы на местной станции, линейное окончание (LT) и станционное окончание (ЕТ) не имеют оконечного CCITT стандарта. То же самое применяется к опорной точке V, отделяющей LT от ЕТ. LT, однако, является окончанием звена коммутации на станции и должно выполнять, по крайней мере, функции передачи и приема на данном конце звена. ЕТ должно поддерживать обработку контроля вызова и управление звеном коммутации, но соответствующий стандарт CCITT не разработал.

И наконец, опорная точка U, расположенная между абонентским и станционным оборудованием, соответствует звену коммутации и представляется посредством двухпроводной цифровой абонентской линии.

Отличие заключается в том, что в данную конфигурацию включается функциональная группа NT2, а связь с местной ISDN-станцией осуществляется через звено с большей передающей способностью, чем у цифровой абонентской линии, используемой в первой конфигурации, что соответствует первичному доступу.

NT2 включает в себя больше функций, чем NT1 и соединяется через NT1 со звеном коммутации. Опорная точка Т разделяет две функциональные группы, но существуют также применения, в которых функции NT1 и NT2 интегрированы так, что опорная точка Т исчезает.

Опорная точка U на рис. 2.12 соответствует интерфейсу звена коммутации с большим числом каналов коммутации, чем в первой рекомендуемой конфигурации.

В общем случае при подключении к ISDN различного оборудования используется ряд опорных точек (интерфейсов) – R, S, T, U, как показано на рис. 2.13.

2.4.11. Сигнализация

Назначением сигнализации в ISDN является передача контрольной информации в узлы коммутации для установления вызова и контроля вызова через сеть ISDN.

Сигнализация в сети ISDN является гораздо более всесторонней и мощной, чем сигнализация в сети PSTN. Способность ISDN управлять множеством различных услуг ставит новые требования к возможностям сигнализации.

Сигнализация ISDN может быть разделена на 2 типа, как показано на рис. 2.14.

Первый тип используется между абонентским терминалом и местной ISDN-станцией.

Эта сигнализация использует D – канал по цифровой абонентской линии и называется цифровой абонентской системой сигнализации 1 (DSS 1).

Второй тип сигнализации применяется между станциями. Стандартизированная система сигнализации по общему каналу №7 (SS7) используется для доставки контрольной информации всем включенным в сеть ISDN - станциям.

Следует отметить, что хотя контрольная информация имеет наивысший приоритет по каналу D, существует возможность передачи информации от пользователя к пользователю. Это означает, что SS7 также используется для управления информацией между абонентами. В этом случае станция ISDN выполняет функцию транзита сигнализации без ее обработки (функция транзакций).

2.5. Виды информации

Информация, переносимая в ISDN, имеет цифровую форму и классифицируется как информация пользователя и контрольная информация (рис. 2.15).

Контрольная информация отделяется от информации пользователя и обрабатывается на станции (фирмы "Ericsson"). Информация пользователя коммутируется через сеть к пользователю.

2.5.1. Пользовательская информация

Информация пользователя передается между пользователем и местной ISDN-станцией либо по В – каналу, либо по D – каналу в зависимости от информационных характеристик.

Примерами пользовательской информации, передаваемой по В – каналу, являются:

• оцифрованная речь;
• оцифрованная аудио – информация из модема в помещении потребителя;
• цифровые данные.

Примеры пользовательской информации, передаваемой по
D – каналу:

• текстовые сообщения;
• пакетизированные данные для передачи с коммутацией пакетов.

Информация между абонентами, переносимая при установлении вызова с помощью сообщений канала D, также переносится сообщениями установления вызова пользовательской подсистемы ISDN (ISUP).

ST – сигнальный терминал; PCD – D – цифровой кодер; ETC – станционное окончание

Сообщения в процессе вызова передаются по тому же пути сигнализации, который был организован при установлении соединения для вызова.

Анализ номера абонента не нужен, так как путь сигнализации все еще существует в памяти процессора.

2.5.2. Контрольная информация

Контрольная информация всегда передается по D – каналу. Она представляет собой информацию, которая требуется ISDN, сети взаимодействия или же терминалу для установления, осуществления или модификации соединения через ISDN.

2.5.3. Сетевая информация для абонентов

Другой характеристикой ISDN является метод, используемый для сообщения пользователям ситуаций, встречающихся в сети. В телефонии сеть информирует абонента о действиях в сети посредством звуковых сигналов и объявлений. Сигнал занятости и сигнал набора номера являются их примерами. ISDN дополняет эти сигналы объявлениями с описательными текстовыми сообщениями, посылаемыми по D – каналу. Сеть может переслать в абонентский терминал полный текст.

2.5.4. Функции ISDN местной станции

В ISDN интерфейс "пользователь – сеть" является полностью цифровым. В– и D–каналы, исходящие от пользователя, заканчиваются и разделяются на местной станции, как показано на рис. 2.15.

Информация пользователя из В – канала передается к оконечным пользователям через сеть коммутации. Пользовательская информация из D – каналов передается к оконечным пользователям путем использования сети сигнализации по общему каналу. Контрольная информация используется местной станцией для соединения и контроля установления соединения. Она также включает межстанционную сигнализацию, используя сеть сигнализации по общему каналу.

Местная ISDN-станция обладает функциями разделения, коммутации и контроля, которые обеспечиваются ISDN-услугами. Однако данной станцией не обязательно обеспечиваются все услуги. Услуга, обеспечиваемая станцией, может быть использована где угодно в сети. Местная станция является также ответственной за установление соответствующего соединения с другой станцией.

2.6. Коммутация

Соединения в ISDN могут быть коммутируемыми и некоммутируемыми. Некоммутируемые соединения являются или постоянными, или полупостоянными. Кабельные соединения между оборудованием в основном рассматриваются как постоянные соединения. Соединения между терминалами потребителя, которые устанавливаются, поддерживаются и освобождаются оператором сети, являются полупостоянными соединениями.

В ISDN потребитель может временно сбрасывать полупостоянное соединение. В будущем потребитель ISDN сможет также устанавливать полупостоянные соединения из терминала. Коммутируемое соединение осуществляется либо с использованием коммутации каналов, либо пакетов.

Соединения с использованием коммутации каналов предназначены для речи, голосовых и цифровых данных. Соединения с использованием пакетной коммутации применяются для цифровых данных.

2.6.1. Соединения канальной коммутации

Информация в этом случае – канально–коммутационные перемещения по выделенному тракту. Этот тракт должен быть установлен посредством отдельного тракта сигнализации. Информация, передаваемая по соединению, организованному посредством коммутации каналов, непосредственно переносится через сеть без накопления по всему тракту, как показано на рис. 2.16.

Данные обычно передаются в пакетах. Между пакетами должны поддерживаться соединения: они могут быть установлены или разрушены для каждого пакета импульсов.

Рис. 2.16. Звено канальной коммутации (обслуживает только одно соединение)

2.6.2. Соединения пакетной коммутации

Соединение пакетной коммутации в действительности не является соединением. Коммутационным терминалам дается восприятие того, что соединение существует. Информация переносится в пакетах, как показано на рис. 2.17.

Информация пакетной коммутации содержит в виде части пакета информацию об адресе. Каждый пакет должен быть сохранен, обработан и направлен с помощью пунктов коммутации.

Основные преимущества пакетной коммутации:

• одно звено передачи может быть использовано одновременно для многих соединений;
• два пользовательских окончания в соединении могут иметь разные битовые скорости.

2.6.3. Применение пакетной коммутации

Существуют два подхода к пакетной коммутации. Это "датаграмма " и "виртуальное соединение ". Фундаментальным различием между ними является способ адресации информации в каждом пакете и обработка в сети. ISDN использует коммутацию пакетов виртуального канала.

Коммутация пакетов виртуального канала

Первый пакет при установлении соединения (запрос вызова) содержит адрес оконечного пункта назначения, как показано на рис. 2.18.

Этот пакет устанавливает логическое соединение или канал (виртуальное соединение или канал) через сеть по направлению к пункту назначения по невыделенному пути. В каждом звене соединению присваивается номер логического канала. Этот номер используется как адрес для последующих пакетов данных.

Так как маршрут фиксируется для поддержания логического соединения, это подобно каналу в соединении канальной коммутации и соответствует виртуальному соединению. На рис. 2.19 наблюдаем 2-а виртуальных соединения: одно от станции А к станции В, а другое – от станции С к станции D (показаны пунктиром).

Для осуществления соединения канальной коммутации выделяется специальный путь. В случае наличия виртуального соединения этот путь может использоваться также для других соединений посредством интерливинга (чередования) пакетов. Указанный путь не является выделенным. Каждый пакет содержит в заголовке идентификатор виртуального соединения и данные.

Каждый пункт коммутации "знает" по ранее установленному маршруту, куда направить входящие пакеты. Решения маршрутизации не требуется. Однако, пакеты должны быть сохранены и обработаны в каждом узле коммутации и по очереди направлены в исходящую линию.

Датаграмма пакетной коммутации

Датаграмму используют при отсутствии виртуального соединения. Каждый пакет посылается с полным номером абонента В, который анализируется в каждом узле коммутации. Пакеты могут перемещаться по различным путям в сети и прибывать в разном порядке.

2.7. Нумерация и идентификация

Система ISDN-нумерации базируется на существующем плане телефонной нумерации. Существует отдельная система нумерации для выделенных сетей данных. Трафик между ISDN и выделенными сетями требует выполнения ряда преобразований на исходной стороне.

Полный международный ISDN-номер составляется из переменного числа десятичных цифр, расположенных в поле специального кода (рис. 2.20).

Номер включает в себя идентификацию определенной страны или географического региона. Также могут быть идентифицированы ISDN или другие сети в этих странах или географических регионах. ISDN-адрес может также содержать подадрес, который непосредственно посылается через сеть и используется терминалом пользователя.

2.7.1. Номера телефонов абонентов ISDN

Номером телефона абонента ISDN обычно является номер, указанный в списке абонентов против фамилии абонента. Номера назначаются из диапазона абонентских номеров, доступных на местной ISDN-станции.

Номера абонентов используются для:

• выдачи терминалам информации индивидуальной категории;
• указания адреса терминала или группы терминалов;
• для оплаты.

Номера абонентов могут храниться в терминале. Номера ISDN могут назначаться абонентам с разным типом оборудования. Номер используется скорее для идентификации линии, а не оборудования. Основной доступ мог бы быть нормально назначен одному абонентскому номеру. Однако, максимально возможное число абонентских номеров, назначенных основному доступу, равно 8. В случае первичного доступа номер абонента мог бы представить все В–каналы по этому доступу, часть доступа или только один канал по доступу.

2.7.2. Идентификация вызывающего абонента

Вызывающий ISDN-терминал обычно включает свой собственный ISDN-номер и иногда также подадрес в запрос установления вызова, который он посылает в сеть. На местной станции номер вызывающего абонента используется для оплаты и для проверки, к какой из услуг абонент обратился. Если ни один номер не посылается, сеть будет использовать номер по умолчанию.

2.7.3. Идентификация телекоммуникационных услуг

ISDN-номер, посланный из вызывающего терминала, не идентифицирует частную телекоммуникационную услугу, требуемую потребителем. Описание требуемой услуги должно быть подано в сеть вызывающим терминалом в информации сигнализации. Так как ISDN предназначена для многих типов трафиков и услуг, то от вызывающего пользователя в сеть должна передаваться информация о том, как следует управлять соединениями.

2.7.4. Адресация вызываемых терминалов

Вызов направляется на вызываемую местную станцию, где и происходит идентификация цифровой абонентской линии. Местная станция выполняет анализ категории вызываемого абонента. Информация об этой категории, хранимая на местной станции, описывает характеристики терминала и услуги (атрибуты), к которым имеет доступ абонент. Информация о номере абонента и требованиях к обслуживанию вызывающего абонента переносится через сеть к вызываемым терминалам.

Вызываемый терминал примет вызов, если он:

• свободен (доступен);
• носит запрашиваемый номер;
• является правильным типом.

У вызываемого терминала может быть:

• один хранимый номер;
• много хранимых номеров (максимум 8);
• ни одного хранимого номера.

Терминалы, совместимые с требуемым абонентским номером, могут принять вызов. Совместимые терминалы без номеров также могут способствовать вызову.

2.8. Организация межсетевого взаимодействия

Межсетевое взаимодействие необходимо для абонентов ISDN с целью связи с абонентами других сетей, как показано на рис. 2.21. Некоторое время проблема организации межсетевого взаимодействия между ISDN и другими сетями была сложной.

Несмотря на использование ISDN в различных государственных структурах, услуги и атрибуты услуг могут отличаться.

Типичные функции межсетевого взаимодействия включают:

• преобразование между различными системами нумерации;
• адаптацию электрических характеристик различных сетей;
• преобразование между различными системами сигнализации, обычно называемое отображением;
• преобразование между различной техникой модуляции.

2.8.1. Взаимодействие с PSTN

Основные проблемы взаимодействия, возникающие при связи между ISDN и телефонной сетью общего пользования (PSTN), обусловлены несовместимостью систем сигнализации и методов передачи.

В ISDN детальная информация о запрашиваемой услуге и совместимости терминалов может передаваться вне канала через сеть от терминала к терминалу. Это является характеристикой систем сигнализации, применяемых в ISDN. "Вне канала" означает, что информация сигнализации и пользовательская информация передаются по отдельным путям. Системы сигнализации, используемые в PSTN, не имеют такой способности. Через PSTN в ISDN может быть передана только ограниченная информация о запрашиваемой услуге.

Кроме того, цифровые данные со скоростью 64 кбит/с или со скоростью, адаптированной к 64 кбит/с, передаются через ISDN со скоростью 64 кбит/с. Но в PSTN цифровые данные должны быть преобразованы в аналоговые посредством модема и переведены через PSTN как 3,1 кГц аудио – информация (рис. 2.22).

Рис. 2.22. Преобразование цифровых данных в аналоговые сигналы звуковой частоты

Прежде, чем передать сигналы в ISDN, аудио – информация 3,1 кГц должна быть преобразована в ИКМ – сигналы. В связи с использованием различной техники передачи возникает ситуация несовместимости. В настоящее время этой несовместимостью можно управлять (рис. 2.23).

Преобразование цифровых данных в ИКМ – кодированные аналоговые данные выполняется у потребителя с помощью модема. Аудио–информация 3,1 кГц переносится от ISDN-абонента через ISDN и PSTN к абоненту PSTN.

2.8.2. Взаимодействие с PSPDN

Трафик между ISDN и сетью передачи данных с коммутацией пакетов общего пользования (PSPDN) может быть представлен двумя способами, определенными CCITT как случай А и случай В.

В случае А терминалы, передающие пакеты в ISDN, соединяются с помощью информационных каналов с сетью коммутации пакетов. Пакетная коммутация используется в PSPDN даже для вызовов между двумя терминалами, передающими пакеты в ISDN.

В случае В используются средства пакетной коммутации в пределах ISDN. Функция "циклового манипулятора" на местной станции ISDN направляет и концентрирует пакетные данные, полученные по D – каналу, к Вd – каналам. Вd – канал является В – каналом, который содержит пакетные данные из 4 D – каналов. Содержимое Вd – каналов направляется через ISDN в "пакетный манипулятор", который соединяется с PSPDN, как показано на рис. 2.24.

2.8.3. Взаимодействие с СSPDN

Взаимодействие с сетью передачи данных с коммутацией каналов общего пользования также возможно. Коммутация может быть внедрена в CSPDN или внутри ISDN, как показано на рис. 2.25.

Другая возможность – это доступ к CSPDN через PSPDN.

2.9. Примеры видов трафика

Телефония (рис. 2.26): пользователь ISDN имеет доступ к другому пользователю ISDN (по пути а) и также ко всем абонентам PSTN (по пути b). Для телефонии требуется один В – канал.

Передача сообщений (рис. 2.27): пользователи ISDN могут осуществлять связь посредством посылки текстовых сообщений. Для передачи сообщений используют D – канал и сообщение отображается на дисплее терминала.

Передача данных (рис. 2.28): пользователи ISDN могут осуществлять связь друг с другом (по пути а) или иметь доступ к базе данных / главному компьютеру, расположенному в ISDN (по пути b). При передаче данных используют В – или D – канал. В этом случае может коммутироваться как канал, так и пакет.

Передача данных в PSTN (рис. 2.29): пользователи ISDN могут иметь доступ к базе данных / главному компьютеру, расположенному в PSTN, посредством использования устройства сопряжения сетей (IWU), находящегося в ISDN. Используется
В – канал. В этом случае коммутируется канал.

Передача данных в PSPDN (рис. 2.30): пользователь ISDN может иметь доступ к базе данных / главному компьютеру, расположенному в PSPDN, посредством использования циклового манипулятора (FM) и пакетного манипулятора (РН), расположенного между ISDN и PSPDN. При передаче данных используется D – канал и коммутируется пакет.

Обобщение

Для того, чтобы суммировать возможности доступов, важно подчеркнуть, что современные местные станции оборудуются так, чтобы управлять всеми типами доступов. Это показано на рис. 2.31.

Каждая часть управляет определенным типом абонентской линии с ее типом сигнализации.

Существуют четыре типа абонентского доступа:

• аналоговый доступ (ANSA);
• основной доступ (ВRА);
• первичный доступ (PRA);
• прямой доступ к РBX (DPA).

Аналоговый доступ (ANSA). ANSA ограничивает абонентов, связанных в аналоговом режиме 2-х- проводной линией (а/в).

Основной доступ (ВRА). ВRА использует такие же 2-х- проводные абонентские линии как и ANSA для соединений с цифровыми устройствами. Ряд основных доступов можно уплотнить по первичному доступу, используя при этом ISDN – мультиплексор (IMUX).

Первичный доступ (PRA). PRA использует поток 2 Мбит/с для связи с цифровой ISPBX, используя сигнализацию по D – каналу.

Прямой доступ к РBX (DPA). DPA использует поток 2 Мбит/с с сигнализацией по выделенному каналу. В данном случае соединения осуществляются прямо к групповой ступени коммутации.

Данный вопрос рассмотрим на примере наиболее распространенной и признанной эталонной модели взаимодействия открытых систем ISO/OSI (ВОС).

В основу эталонной модели положена идея декомпозиции процесса функционирования открытых систем на уровни, причем разбиение на уровни производится таким образом, чтобы сгруппировать в рамках каждого из них функционально наиболее близкие компоненты. Кроме того, требуется, чтобы взаимодействие между смежными уровнями было минимальным, число уровней сравнительно небольшим, а изменения, производимые в рамках одного уровня, не требовали бы перестройки смежных. Отдельный уровень, таким образом, представляет собой логически и функционально замкнутую подсистему, сообщающуюся с другими уровнями посредством специально определенного интерфейса. В рамках модели ISO/OSI каждый конкретный уровень может взаимодействовать только с соседними. Совокупность правил (процедур) взаимодействия объектов одноименных уровней называется протоколом.

Эталонная модель содержит семь уровней (снизу вверх):

1. Физический.

2. Канальный (или передачи данных).

3. Сетевой.

4. Транспортный.

5. Сеансовый.

6. Представительный.

7. Прикладной.

Таблица 6.3. Семиуровневая модель (стек) протоколов межсетевого обмена OSI

Каждый уровень передающей станции в этой иерархической структуре взаимодействует с соответствующим уровнем принимающей станции посредством нижележащих уровней. При этом каждая пара уровней с помощью служебной информации в сообщение устанавливает между собой логическое соединение, обеспечивая тем самым логический канал связи соответствующего уровня. С помощью такого логического канала каждая пара верхних уровней может обеспечивать между собой взаимодействие, абстрагируясь от особенностей нижних. Другими словами, каждый уровень реализует строго определенный набор функций, который может использоваться верхними уровнями независимо от деталей реализации этих функций (см. табл. 6.3).

Рассмотрим подробнее функциональное назначение каждого уровня.

Физический уровень. Физический уровень обеспечивает электрические, функциональные и процедурные средства установления, поддержания и разъединения физического соединения. Реально он представлен аппаратурой генерации и управления электрическими сигналами и каналом передачи данных. На этом уровне данные представляются в виде последовательности битов или аналогового электрического сигнала. Задачей физического уровня является передача последовательности битов из буфера отправителя в буфер получателя.

Канальный уровень. Протоколы канального уровня (или протоколы управления звеном передачи данных) занимают особое место в иерархии уровней: они служат связующим звеном между реальным каналом, вносящим ошибки в передаваемые данные, и протоколами более высоких уровней, обеспечивая безошибочную передачу данных. Этот уровень используется для организации связи между двумя станциями с помощью имеющегося в наличии (обычно ненадежного) канала связи. При этом станции могут быть связаны несколькими каналами.

Протокол канального уровня должен обеспечить: независимость протоколов высших уровней от используемой среды передачи данных, кодонезависимость передаваемых данных, выбор качества обслуживания при передаче данных. Это означает, что более высокие уровни освобождаются от всех забот, связанных с конкретным каналом связи (тип, уровень шумов, используемый код, параметры помехоустойчивости и т. д.).

На этом уровне данные представляются кадром, который содержит информационное поле, а также заголовок и концевик (трейлер), присваиваемые протоколом. Заголовок содержит служебную информацию, используемую протоколом канального уровня принимающей станции и служащую для идентификации сообщения, правильного приема кадров, восстановления и повторной передачи в случае ошибок и т. д. Концевик содержит проверочное поле, служащее для коррекции и исправления ошибок (при помехоустойчивом кодировании), внесенных каналом. Задача протокола канального уровня - составление кадров, правильная передача и прием последовательности кадров, контроль последовательности кадров, обнаружение и исправление ошибок в информационном поле (если это

необходимо).

Сетевой уровень. Сетевой уровень предоставляет вышестоящему транспортному уровню набор услуг, главными из которых являются сквозная передача блоков данных между передающей и приемной станциями (то есть, выполнение функций маршрутизации и ретрансляции) и глобальное адресование пользователей. Другими словами, нахождение получателя по указанному адресу, выбор оптимального (в условиях данной сети) маршрута и доставка блока сообщения по указанному адресу.

Таким образом, на границе сетевого и транспортного уровней обеспечивается независимость процесса передачи данных от используемых сред за исключением качества обслуживания. Под качеством обслуживания понимается набор параметров, обеспечивающих функционирование сетевой службы, отражающий рабочие

(транзитная задержка, коэффициент необнаруженных ошибок и др.) и другие характеристики (защита от НСД, стоимость, приоритет и др.). Система адресов, используемая на сетевом уровне, должна иметь иерархическую Структуру и обеспечивать следующие свойства: глобальную однозначность, маршрутную независимость и независимость от уровня услуг.

На сетевом уровне данные представляются в виде пакета, который содержит информационное поле и заголовок, присваиваемый протоколом. Заголовок пакета содержит управляющую информацию, указывающую адрес отправителя, возможно, маршрут и параметры передачи пакета (приоритет, номер пакета в сообщении, параметры безопасности, максимум ретрансляции и др.). Различают следующие виды сетевого взаимодействия:

С установлением соединения - между отправителем и получателем сначала с помощью служебных пакетов организуется логический канал (отправитель - отправляет пакет, получатель - ждет получения пакета, плюс взаимное уведомление об ошибках), который разъединяется после окончания сообщения или в случае неисправимой ошибки. Такой способ используется протоколом Х.25;

Без установления соединения (дейтаграммный режим) - обмен информацией осуществляется с помощью дейтаграмм (разновидность пакетов), независимых друг от друга, которые принимаются также независимо друг от друга и собираются в сообщение на приемной станции. Такой способ используется в архитектуре протоколов DARPA.

Транспортный уровень. Транспортный уровень предназначен для сквозной передачи данных через сеть между оконечными пользователями - абонентами сети. Протоколы транспортного уровня функционируют только между оконечными системами.

Основными функциями протоколов транспортного уровня являются разбиение сообщений или фрагментов сообщений на пакеты, передача пакетов через сеть и сборка пакетов. Они также выполняют следующие функции: отображение транспортного адреса в сетевой, мультиплексирование и расщепление транспортных соединений, межконцевое управление потоком и исправление ошибок. Набор процедур протокола транспортного уровня зависит как от требований протоколов верхнего уровня, так и от характеристик сетевого уровня.

Наиболее известным протоколом транспортного уровня является TCP (Transmission Control Protocol), используемый в архитектуре протоколов DARPA и принятый в качестве стандарта Министерством обороны США. Он используется в качестве высоконадежного протокола взаимодействия между ЭВМ в сети с коммутацией пакетов.

Протоколы верхних уровней. К протоколам верхних уровней относятся протоколы сеансового, представительного и прикладного уровней. Они совместно выполняют одну задачу - обеспечение сеанса обмена информацией между двумя прикладными процессами, причем информация должна быть представлена в том виде, который понятен обоим процессам. Поэтому обычно эти три уровня рассматривают совместно. Под прикладным процессом понимается элемент оконечной системы, который принимает участие в выполнении одного или нескольких заданий по обработке информации. Связь между ними осуществляется с помощью прикладных объектов - элементов прикладных процессов, участвующих в обмене информацией. При этом протоколы верхних уровней не учитывают особенности конфигурации сети, каналов и средств передачи информации.

Протоколы представительного уровня предоставляют услуги по согласованию синтаксиса передачи (правил, задающих представление данных при их передаче) и конкретным представлениям данных в прикладной системе. Другими словами, на представительном уровне осуществляется синтаксическое преобразование данных от вида, используемого на прикладном уровне, к виду, используемому на остальных уровнях (и наоборот).

Прикладной уровень, будучи самым верхним в эталонной модели, обеспечивает доступ прикладных процессов в среду взаимодействия открытых систем. Основной задачей протоколов прикладного уровня является интерпретация данных, полученных с нижних уровней, и выполнение соответствующих действий в оконечной системе в рамках прикладного процесса. В частности, эти действия могут заключаться в передаче управления определенным службам ОС вместе с соответствующими параметрами. Кроме того, протоколы прикладного уровня могут предоставлять услуги по идентификации и аутентификации партнеров, установлению полномочий для передачи данных, проверке параметров безопасности, управлению диалогом и др.

Реализация межсетевого взаимодействия средствами TCP/IP

-Многоуровневая структура стека TCP/IP

В стеке TCP/IP определены 4 уровня (рис. 5.5). Каждый из этих уровней несет на себе некоторую нагрузку по решению основной задачи - организации надежной и производительной работы составной сети, части которой построены на основе разных сетевых технологий.

Рис. 5.5. Многоуровневая архитектура стека TCP/IP

-Уровень межсетевого взаимодействия

Стержнем всей архитектуры является уровень межсетевого взаимодействия, который реализует концепцию передачи пакетов в режиме без установления соединений, то есть дейтаграммным способом. Именно этот уровень обеспечивает возможность перемещения пакетов по сети, используя тот маршрут, который в данный момент является наиболее рациональным. Этот уровень также называют уровнем internet, указывая тем самым на основную его функцию - передачу данных через составную сеть.

Основным протоколом сетевого уровня (в терминах модели OSI) в стеке является протокол IP (Internet Protocol). Этот протокол изначально проектировался как протокол передачи пакетов в составных сетях, состоящих из большого количества локальных сетей, объединенных как локальными, так и глобальными связями. Поэтому протокол IP хорошо работает в сетях со сложной топологией, рационально используя наличие в них подсистем и экономно расходуя пропускную способность низкоскоростных линий связи. Так как протокол IP является дейтаграммным протоколом, он не гарантирует доставку пакетов до узла назначения, но старается это сделать.

-Основной уровень

Поскольку на сетевом уровне не устанавливаются соединения, то нет никаких гарантий, что все пакеты будут доставлены в место назначения целыми и невредимыми или придут в том же порядке, в котором они были отправлены. Эту задачу -обеспечение надежной информационной связи между двумя конечными узлами -решает основной уровень стека TCP/IP, называемый также транспортным .

На этом уровне функционируют протокол управления передачей TCP (Transmission Control Protocol) и протокол дейтаграмм пользователя UDP (User Datagram Protocol). Протокол TCP обеспечивает надежную передачу сообщений между удаленными прикладными процессами за счет образования логических соединений. Этот протокол позволяет равноранговым объектам на компьютере-отправителе и компьютере-получателе поддерживать обмен данными в дуплексном режиме. TCP позволяет без ошибок доставить сформированный на одном из компьютеров поток байт в любой другой компьютер, входящий в составную сеть. TCP делит поток байт на части - сегменты, и передает их ниже лежащему уровню межсетевого взаимодействия. После того как эти сегменты будут доставлены средствами уровня межсетевого взаимодействия в пункт назначения, протокол TCP снова соберет их в непрерывный поток байт.

Протокол UDP обеспечивает передачу прикладных пакетов дейтаграммным способом, как и главный протокол уровня межсетевого взаимодействия IP, и выполняет только функции связующего звена (мультиплексора) между сетевым протоколом и многочисленными службами прикладного уровня или пользовательскими процессами.

-Прикладной уровень

Прикладной уровень объединяет все службы, предоставляемые системой пользовательским приложениям. За долгие годы использования в сетях различных стран и организаций стек TCP/IP накопил большое количество протоколов и служб прикладного уровня. Прикладной уровень реализуется программными системами, построенными в архитектуре клиент-сервер, базирующимися на протоколах нижних уровней. В отличие от протоколов остальных трех уровней, протоколы прикладного уровня занимаются деталями конкретного приложения и «не интересуются» способами передачи данных по сети. Этот уровень постоянно расширяется за счет присоединения к старым, прошедшим многолетнюю эксплуатацию сетевым службам типа Telnet, FTP, TFTP, DNS, SNMP сравнительно новых служб таких, например, как протокол передачи гипертекстовой информации HTTP.

-Уровень сетевых интерфейсов

Идеологическим отличием архитектуры стека TCP/IP от многоуровневой организации других стеков является интерпретация функций самого нижнего уровня - уровня сетевых интерфейсов. Протоколы этого уровня должны обеспечивать интеграцию в составную сеть других сетей, причем задача ставится так: сеть TCP/IP должна иметь средства включения в себя любой другой сети, какую бы внутреннюю технологию передачи данных эта сеть не использовала. Отсюда следует, что этот уровень нельзя определить раз и навсегда. Для каждой технологии, включаемой в составную сеть подсети, должны быть разработаны собственные интерфейсные средства. К таким интерфейсным средствам относятся протоколы инкапсуляции IP-пакетов уровня межсетевого взаимодействия в кадры локальных технологий.

Уровень сетевых интерфейсов в протоколах TCP/IP не регламентируется, но он поддерживает все популярные стандарты физического и канального уровней: для локальных сетей это Ethernet, Token Ring, FDDI, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, 100VG-AnyLAN, для глобальных сетей - протоколы соединений «точка-точка» SLIP и РРР, протоколы территориальных сетей с коммутацией пакетов Х.25, frame relay. Разработана также специальная спецификация, определяющая использование технологии АТМ в качестве транспорта канального уровня. Обычно при появлении новой технологии локальных или глобальных сетей она быстро включается в стек TCP/IP за счет разработки соответствующего RFC, определяющего метод инкапсуляции IP-пакетов в ее кадры.

-Соответствие уровней стека TCP/IP семиуровневой модели ISO/OSI

Рассматривая многоуровневую архитектуру TCP/IP, можно выделить в ней, подобно архитектуре OSI, уровни, функции которых зависят от конкретной технической реализации сети, и уровни, функции которых ориентированны на работу с приложениями (рис. 5.7).

Рис. 5.6. Соответствие уровней стека TCP/IP семиуровневой модели OSI

Протоколы прикладного уровня стека TCP/IP работают на компьютерах, выполняющих приложения пользователей. Даже полная смена сетевого оборудования в общем случае не должна влиять на работу приложений, если они получают доступ к сетевым возможностям через протоколы прикладного уровня.

Протоколы транспортного уровня уже более зависят от сети, так как они реализуют интерфейс к уровням, непосредственно организующим передачу данных по сети. Однако, подобно протоколам прикладного уровня, программные модули, реализующие протоколы транспортного уровня, устанавливаются только на конечных узлах. Протоколы двух нижних уровней являются сетезависимыми, а следовательно, программные модули протоколов межсетевого уровня и уровня сетевых интерфейсов устанавливаются как на конечных узлах составной сети, так и на маршрутизаторах.

Каждый коммуникационный протокол оперирует с некоторой единицей передаваемых данных. Названия этих единиц иногда закрепляются стандартом, а чаще просто определяются традицией. В стеке TCP/IP за многие годы его существования образовалась устоявшаяся терминология в этой области (рис. 5.8).

Рис. 5.8. Название единиц данных, используемые в TCP/IP

Потоком называют данные, поступающие от приложений на вход протоколов транспортного уровня TCP и UDP.

Протокол TCP нарезает из потока данных сегменты .

Единицу данных протокола UDP часто называют дейтаграммой (или датаграммой). Дейтаграмма - это общее название для единиц данных, которыми оперируют протоколы без установления соединений. К таким протоколам относится и протокол межсетевого взаимодействия IP.

Дейтаграмму протокола IP называют также пакетом .

В стеке TCP/IP принято называть кадрами (фреймами) единицы данных протоколов, на основе которых IP-пакеты переносятся через подсети составной сети. При этом не имеет значения, какое название используется для этой единицы данных в локальной технологии.

Выводы

· Составная сеть (internetwork или internet) - это совокупность нескольких сетей, называемых также подсетями (subnet), которые соединяются между собой маршрутизаторами. Организация совместной транспортной службы в составной сети называется межсетевым взаимодействием (internetworking).

· В функции сетевого уровня входит: передача пакетов между конечными узлами в составных сетях, выбор маршрута, согласование локальных технологий отдельных подсетей.

· Маршрут - это последовательность маршрутизаторов, которые должен пройти пакет от отправителя до пункта назначения. Задачу выбора маршрута из нескольких возможных решают маршрутизаторы и конечные узлы на основе таблиц маршрутизации. Записи в таблицу могут заноситься вручную администратором и автоматически протоколами маршрутизации.

· Протоколы маршрутизации (например, RIP или OSPF) следует отличать от собственно сетевых протоколов (например, IP или IPX). В то время как первые собирают и передают по сети чисто служебную информацию о возможных маршрутах, вторые предназначены для передачи пользовательских данных.

· Сетевые протоколы и протоколы маршрутизации реализуются в виде программных модулей на конечных узлах-компьютерах и на промежуточных узлах - маршрутизаторах.

· Маршрутизатор представляет собой сложное многофункциональное устройство, в задачи которого входит: построение таблицы маршрутизации, определение на ее основе маршрута, буферизация, фрагментация и фильтрация поступающих пакетов, поддержка сетевых интерфейсов. Функции маршрутизаторов могут выполнять как специализированные устройства, так и универсальные компьютеры с соответствующим программным обеспечением.

· Для алгоритмов маршрутизации характерны одношаговый и многошаговый подходы. Одношаговые алгоритмы делятся на алгоритмы фиксированной, простой и адаптивной маршрутизации. Адаптивные протоколы маршрутизации являются наиболее распространенными и в свою очередь могут быть основаны на дистанционно-векторных алгоритмах и алгоритмах состояния связей.

· Наибольшее распространение для построения составных сетей в последнее время получил стек TCP/IP. Стек TCP/IP имеет 4 уровня: прикладной, основной, уровень межсетевого взаимодействия и уровень сетевых интерфейсов. Соответствие уровней стека TCP/IP уровням модели OSI достаточно условно.

· Прикладной уровень объединяет все службы, предоставляемые системой пользовательским приложениям: традиционные сетевые службы типа telnet, FTP, TFTP, DNS, SNMP, а также сравнительно новые, такие, например, как протокол передачи гипертекстовой информации HTTP.

· На основном уровне стека TCP/IP, называемом также транспортным, функционируют протоколы TCP и UDP. Протокол управления передачей TCP решает задачу обеспечения надежной информационной связи между двумя конечными узлами. Дейтаграммный протокол UDP используется как экономичное средство связи уровня межсетевого взаимодействия с прикладным уровнем.

· Уровень межсетевого взаимодействия реализует концепцию коммутации пакетов в режиме без установления соединений. Основными протоколами этого уровня являются дейтаграммный протокол IP и протоколы маршрутизации (RIP, OSPF, BGP и др.). Вспомогательную роль выполняют протокол межсетевых управляющих сообщений ICMP, протокол группового управления IGMP и протокол разрешения адресов ARP.

· Протоколы уровня сетевых интерфейсов обеспечивают интеграцию в составную сеть других сетей. Этот уровень не регламентируется, но поддерживает все популярные стандарты физического и канального уровней: для локальных сетей - Ethernet, Token Ring, FDDI и т. д., для глобальных сетей - Х.25, frame relay, PPP, ISDN и т. д.

· В стеке TCP/IP для именования единиц передаваемых данных на разных уровнях используют разные названия: поток, сегмент, дейтаграмма, пакет, кадр.