IP телефония в сетях сотовых операторов

Компания AudioCodes является одним из мировых лидеров на рынке оборудования пакетной передачи голоса, известна передовыми разработками в области IP телефонии и методов компрессии голоса. В спектр производимой продукции входят DSP чипы, платы компрессии голоса, аналоговые и цифровые голосовые шлюзы, голосовые шлюзы для кабельных сетей и сетей сотовых операторов.
Семейство голосовых шлюзов AudioCodes Stretto 2000/5000/8000 - новое поколение голосовых шлюзов для беспроводных сетей сотовых операторов разработанное специально для предоставления услуг в сетях 3G UMTS и CDMA. Семейство оборудования AudioCodes Stretto включает в себя три модели, отличающиеся по производительности, количеству обрабатываемых голосовых соединений, возможностям резервирования. Краткое описание всего оборудования AudioCodes Stretto приведено в таблице 1.

Таблица 1

Название	Описание	Преимущества
AudioCodes Stretto 2000	Шасси 1U До 480 голосовых каналов GSM/UMTS/VoIP До 360 голосовых каналов CDMA/VoIP	Оборудование оператора начального уровня. Простота инсталляции и быстрое внедрение новых услуг в сеть оператора.
AudioCodes CableMediant 5000	Шасси 5U До 2880 голосовых каналов GSM/UMTS/VoIP До 2160 голосовых каналов CDMA/VoIP Резервирование N +1 медиа-плат Резервирование системного контроллера Возможность подключения к IP или ATM сетям	Оборудование операторского класса с высокой плотностью потоков и резервированием всех основных компонентов.
AudioCodes CableMediant 8000	Шасси 12U До 6240 голосовых каналов, 208 E1 Резервирование N +1 PSTN Встроенный V5.2 NCS CA с возможностью резервирования Встроенный коммутатор с возможностью резервирования	Оборудование операторского класса с высокой плотностью потоков и резервированием всех основных компонентов.

До сих пор при организации систем сотовой связи на основе технологий традиционной телефонии голосовые соединения коммутируются по каналам через центры коммутации мобильной связи MSC (Mobile Switching Centers). Сейчас же, согласно идеологии построения сетей сотовой связи нового поколения - 3G голосовые соединения должны осуществляться не по коммутируемым каналам, а через опорную сеть с пакетной передачей данных. Таким образом, UMTS (Universal Mobile Telecommunications System - универсальная система мобильной связи) определяет способы миграции к опорной сети, по который голос будет передаваться пакетным методом, в стандартах 3GPP (3rd Generation Partnership Project). Спецификация R'99 выпущенная в 1999 году определяет ATM интерфейс между сетью радио доступа RAN (Radio Access Network) и опорной сетью CN (Core Network) и определяет коммутируемый интерфейс lu-cs между радио контроллерами сети RNC (Radio Network Controller) и телефонной сетью общего пользования PSTN (Public Switched Telephone Network). Следующая спецификация R'4 определяет пакетную опорную сеть (IP или ATM) и разделение функций управления и коммутации объединенных в MSC на две составляющие:
1. Медиа-шлюз MG (Media Gateway) - осуществляющий транскодинг и голосовые соединения.
2. Сервер MSC - осуществляющий управление голосовыми соединениями.
Более поздняя спецификация R'5 добавляет к архитектуре систему мультимедийных услуг на базе IP - IMS (IP Multimedia Subsystem) и определяет последовательность действий по созданию полностью IP сети доступа и опорной сети.
Медиа-шлюзы AudioCodes семейства Stretto позволяют два метода подключения к опорной пакетной сети - IP или ATM. Возможность подключения шлюзов Stretto к IP и ATM сетям позволяет реализовать эффективную миграцию от ATM сетей определенных в R'99/R'4 к полностью IP архитектуре и IMS определенных в R'5.

Типовые приложения для шлюзов AudioCodes семейства Stretto.

В сетях 2G Stretto могут использоваться для того, чтобы получать звонки от MSC или со стороны PSTN и конвертировать их VoIP соединения и передавать по IP магистрали на удаленный медиа-шлюз. Такой подход позволит значительно сэкономить на аренде каналов IMT (Inter Machine Trunk) для соединения MSC.
Также шлюзы семейства Stretto являются ключевым элементом архитектуры сотовой сети 3G. Основная задача шлюзов Stretto это обеспечивать передачу голоса мобильных абонентов в PSTN или передачу их по пакетной опорной сети в случае сеанса связи с удаленным абонентом. Например, в сетях 3G UMTS с разделением функциональности на осуществление соединений и контролем соединений в соответствии с R'4, медиа-шлюз Stretto получает голосовые пакеты сжатые кодеком AMR (Adaptive Multi Rate) через ATM (R'99 и R'4) или IP (R'5) от контроллера радио сети RNC и конвертирует эти пакеты в стандартные телефонные сигналы для передачи в PSTN. Также пакеты полученные от RNC могут передаваться локальным медиа-шлюзом Stretto по IP или ATM сети на удаленный шлюз для доступа к PSTN или удаленному RNC.
Далее более подробно будут рассмотрены следующие типовые варианты применения медиа-шлюзов Stretto:

3G UMTS в режиме коммутации каналов (CS)
3G UMTS система мультимедийных услуг на базе IP - IMS
Пакетные соединения в сетях 2G
Программное приложение Gateway-MSC для 2G сети
Транскодинг для работы 3G RAN с 2G MSC

Решения для 3G UMTS в режиме коммутации каналов (CS)
Использование медиа-шлюзов семейства Stretto позволяет воспользоваться преимуществами распределенной архитектуры коммутации и управления R'4 в сети соответствующей спецификации R'99. При использовании MSC сервера и медиа-шлюзов Stretto можно сформировать гибкую, расширяемую и эффективную архитектуру по сравнению со схемой с использованием коммутатора UMTS (UMSC). Использование Stretto позволяет обеспечить экономию на организации соединений между "сотовой" сетью и PSTN. Stretto 2000 поддерживает до 16Е1, Stretto 5000 - до 96Е1, Stretto 8000 - до 240Е1 и поддерживают протокол Sigtran для передачи сигнализации SS7 на MSC сервер. Данное решение представлено на рисунке 1.

Рисунок 1.

Медиа-шлюзы Stretto предоставляют следующую функциональность:

AMR и VoIP кодеки выбираются в зависимости от вызовов
Подавление эха " Динамический буфер джиттера.
Сигнализация с RNC: lu-up с " Трансляция сообщений RAN: от RNC к MSC серверу
Сигнализация с PSTN: SS7, MFC-R2, MFC-R1, ISDN PRI и др.
Сигнализация с MSC сервером: Sigtran для сигнализации/MEGACO для управления

Организация 3G UMTS системы мультимедийных услуг на базе IP - IMS

Медиа-шлюз Stretto сконфигурированный с VoIP кодеками и протоколом H.248 для управления вызовами, может быть использован как UMTS IMS шлюз, предоставляющий абонентам сервисы пакетной телефонии. Используемый совместно с другими элементами IMS, например, CSCF (Call State Control Function - определенная для IMS компонента, обрабатывающая состояния соединений по протоколу SIP), MGCF (Media Gateway Control Function - определенная для IMS компонента, задача которой конвертация сообщений SIP в H.248 и ISUP), Stretto может обрабатывать не только вызовы из VoIP в PSTN, но и звонки между абонентами IMS и звонки абонентам других IP сетей, например, пользователям Internet с IP телефонами. В данном случае Stretto обеспечивает перекодировку, если кодек AMR не поддерживается удаленным VoIP абонентом.

Организация пакетных соединений в сетях 2G

Медиа-шлюзы Stretto могут использоваться для организации пакетных соединений вместо выделенных каналов IMT соединений в современных сетях 2G/2,5G, что позволяет существенно сэкономить на аренде этих каналов.
Современные сети 2G/2,5G с коммутацией каналов превратились в огромные системы, которые зачастую требуют установки нескольких MSC для обеспечения требуемой производительности. Для соединения между собой MSC реализованы широкие сети каналов IMT, основная цель которых обеспечить абоненту роуминг, то есть передачу данных от текущего MSC, обслуживающего абонента, к домашнему не через PSTN, а по IMT. В крупных сетях с большим количеством MSC большинство вызовов абонентов требуют использования под этот вызов IMT соединения, такой подход достаточно дорогой как с точки зрения необходимости дополнительных MSC под соединения IMT, так и с точки зрения аренды IMT каналов.
На рисунке 2 показано как существующие IMT соединения MSC подключены к шлюзам Stretto, соединяющим сеть 2,5G с транспортной IP или ATM сетью, по которой осуществляется передача голосового трафика к удаленному MSC, также подключенному к транспортной сети с помощью шлюза Stretto. Соединения между шлюзами Stretto контролируются простым софтсвитчем.

Рисунок 2.

Программное приложение Gateway-MSC для 2G сети

Усовершенствованием рассмотренного выше решения по организации пакетных соединений в 2G сети, является использование программного приложения Gateway-MSC, которое позволяет при осуществлении вызова избежать нагрузки домашнего MSC, а непосредственно задействовать текущий MSC обслуживающую абонента. В данном случае Stretto подключен к MSC и PSTN и может принимать вызовы из телефонной сети (см. рисунок). Когда вызов из PSTN приходит на шлюз Stretto, сервер Gateway-MSC, используя сообщения SS7 GSM-MAP или ANSI-41, запрашивает систему регистрации местонахождения абонентов и управления информацией HLR (Home Location Register) о местоположении абонента. Затем звонок отправляется к текущему MSC часто в обход домашнего MSC. Такой подход позволяет освободить емкость домашнего MSC и освободившуюся емкость использовать для обработки других вызовов. Сервер Gateway-MSC не накладывает никаких новых требований на билинговую систему, так как все звонки учитываются существующими MSC.

Рисунок 3.

Транскодинг для работы 3G RAN с 2G MSC

Для сотовых операторов, которые рассматривают возможность перехода на опорную сеть с пакетной передачей данных важны следующие аспекты:

большие инвестиции были сделаны в уже существующую архитектуру передачи данных и полностью отказываться от нее не выгодно;
необходимо продолжать предоставлять 2G сервисы большому числу абонентов, по мере перехода на пакетную опорную сеть;
совместимость новых телефонных аппаратов.

Шлюзы Stretto позволяют осуществить гибкую миграцию от сотовых сетей 2G к 3G. Stretto позволяют осуществлять перекодировку голоса между 3G RAN и 2G MSC используя UMTS или CDMA кодеки. Для UMTS дополнительное программное обеспечение позволяет выполнять ковертацию сообщений 3G RANAP в 2G А-interface. После установки MSC сервера медиа-шлюзы Stretto могут быть использованы как 3G медиа шлюзы для прямого соединения с PSTN.