Transcript Puhelinverkon osat, arkkitehtuuri, numerointi (.ppt)

Puhelinverkon osat, arkkitehtuuri,
numerointi
Raimo Kantola
[email protected]
SG210, 4512471
Rkantola/23.8.00/s38.118
1
Teletekniikan opiskelu 38.xxx kursseilla
Palvelut, tuotteet
Palvelumallit, $£
001 TF, L-kurssit, 105
Hallinta ja parametrisointi
Verkot ja verkkoelementit
- keskukset
- reitittimet
118, 110, 188
Arkkitehtuurit ja verkkotopologiat
Rkantola/23.8.00/s38.118
Mekanismit
- merkinanto
- reititys
- tekniikat
ATM,
TCP/IP,
802.xx
- jonomenetelmät
- signaalinkäsittely
122, 164, Liik.teoriat, 188, 110
2
Lankapuhelinverkon osat
•
•
•
•
•
•
•
•
•
tilaajakaapelointi
keskuksen liitäntäkortti
keskitin
siirtoyhteys pääkeskukseen
kytkentäkenttä pääkeskuksessa (emokeskus)
siirtoyhteys kauttakulkukeskukseen (transitkeskus)
kytkentäkenttä kauttakulkukeskuksessa
siirtoyhteys ulkomaankeskukseen
kytkentäkenttä ulkomaankeskuksessa
By Ilkka Veuro/Hgin Puhelin
Rkantola/23.8.00/s38.118
3
Verkkorakenne
RK
vastuuraja
keskitin
katujakamo
talojakamo
pääkeskus
RK
keskitin
ulkomaankeskus
kauttakulkukeskus
By Ilkka Veuro/Hgin Puhelin
Rkantola/23.8.00/s38.118
4
Hypoteettinen televerkon referenssiyhteys
27 500 km
Kansallinen verkko
Kansainvälinen verkko
Paikallinen
LE
PC
SC
TC
LE - paikalliskeskus
PC - primaarikeskus
TC - tertiaarikeskus
ISC - kansainvälinen keskus
ISC
ISC
ISC
ISC
ISC
TC
SC
PC
LE
Digitaalinen keskus
Digitaalinen linkki
Perussääntö: Päästä päähän yhteys televerkossa kulkee maksimissaan 13 keskuksen kautta.
Poikkeuksia aiheuttavat lähinnä yritysverkot.
Päästä päähän viivebudjetti pystytään hallitsemaan:
-- yli 150 ms viive häiritsee puheen laatua, yli 20 ms viive vaatii kaiunpoistoa
-- keskus aiheuttaa << 1ms viiveen, siirtoyhteydellä valonnopeus on rajana
-- satelliittiyhteydet lisäävät viivettä merkittävästi
Rkantola/23.8.00/s38.118
5
OSI
Televerkkoa voidaan tarkastella
kerroksittain
7
Palvelujärjestelmät Älyverkon komponentit, puheposti, ...
3
Välitysjärjestelmät Keskukset, keskittimet, vaihteet
2
Siirtojärjestelmät
PDH, SDH, WDM, xDSL, BSS/GSM,
Radiolinkki, Ristikytkentälaite ...
Siirtoyhteydet
Kuparikaapelit, valokuidut, radiotie, ...
1
Rkantola/23.8.00/s38.118
6
Avainkysymyksiä eri kerroksilla ovat
Palvelujärjestelmät
• Erottuminen joukosta, palveluiden nopea kehitys ja
käyttöönotto, uudet palveluarkkitehtuurit
• yhteensopivuus, laskutus
Välitysjärjestelmät
• Verkkojen mitoitus ja suunnittelu, reititys/väylöitys,
• yhteistoiminta (merkinanto), laskenta, liikkuvuus
• piirikytkentä ja pakettikytkentä
Siirtojärjestelmät
Siirtoyhteydet
Rkantola/23.8.00/s38.118
• Maantieteellinen peitto, suuri kapasiteetti (kanavointi),
• Radiokaistan tehokas käyttö, radioverkkosuunnittelu
• Pääsy (right of way), pitkä ikä, olemassa olevien yhteyksien
tehokkaampi hyödyntäminen, paikalliskilpailu/luonnollinen
monopoli
7
Järjestelmähierarkian piirteitä
• Rinnastus OSI -malliin viittaa verkon tilaajan/käyttäjän
näkökulmaan. Eri tason järjestelmistä löytyy kaiken
tasoisia protokollia
• Palvelu- ja välityskerrosten rajapinta ei ole hyvin
määritelty. Palvelukerros on monien (lisä)palveluiden
osalta hyvin riippuvainen välityskerroksesta (puhelun
ohjaus)
• kolme ylintä kerrosta koostuvat tietokoneohjatuista
laitteista, joissa on paljon ohjelmistoa
Rkantola/23.8.00/s38.118
8
Yritystasolla tietoliikenne jäsennetään
rooleiksi ja osapuoliksi
Service Provider
Palvelun tarjoaja
+ palvelusolmut
Tilaaja
+ päätelaitteet
+ vaihteet
Network Provider/
verkko-operaattori:
+ siirtolaitteet, ristikytkentälaitteet
+ keskukset
- malli kuvaa tavoitetilaa. Oikeasti televerkossa ei ole
verkko-operaattoreista riippumattomia palvelun tarjoajia ellei sellaisiksi
lasketa ISP:tä (Internet Service Provider). Teleoperaattorit ovat kuitenkin
kiivaasti valtaamassa takaisin ISP:iden saavuttamia asemia!
Rkantola/23.8.00/s38.118
9
Topologia kuvaa televerkkoa
välityskerroksen näkökulmasta
• Täysin kytketty, kaikki keskukset on
liitetty toisiinsa yhdellä tai useammalla
väylällä.
• Tähti, kaksi keskusta on liitetty toisiinsa
kolmannen avulla.
Solmut ovat välitysjärjestelmiä ja kaaret
siirtojärjestelmiä.
Rkantola/23.8.00/s38.118
10
Suosittu televerkon rakenne muodostuu
useista tähdistä ja oikojohdoista
524xxx
345xxx
411xxx
Alun perin numerointi
on sidottu topologiaan
=> väylöitys on helppoa
Rkantola/23.8.00/s38.118
412xxx
544xxxx
602xxxx
oikojohto
11
Verkon topologia voidaan esittää
ohjelmallista käsittelyä varten graafina.
G = (V, E),
V - solmut (set of vertices or nodes, non-empty, finite set)
E = {ej | j = 1, 2, … M} - siirtoyhteydet(set of edges or links)
ej = (vi, vk) = (i, k )
“Tietorakenteet ja algoritmit” kertoo kuinka graafeja voidaan käsitellä
ohjelmallisesti. Tvt II:ssa (s38.122) tätä sovelletaan reititykseen.
Esim
- etsi lyhin polku solmusta a solmuun b
- yhdistä kaksi graafia
Rkantola/23.8.00/s38.118
12
Liikenteen suuntautuvuus määrää
televerkon rakennetta ja mitoitusta
• Rakennetta ohjaa siis keskusten lukumäärä ja niiden
välittämä liikenne eri verkon suuntiin.
– Suuri liikenne, pyritään täyteen kytkentään
– Pieni ylöspäin suuntautuva liikenne --> pyritään tähti rakenteeseen
• Televerkon rakenne on kaikkia edellisiä.
– Tähtirakenne on nähtävissä aivan tilaajan päässä, jossa ovat
tilaajakeskittimet ja päätekeskus.
– Edelliset on tyypillisesti kytketty toisiinsa ylemmän tason keskuksen
kautta tai suoraan lähimpiin rinnakkais keskuksiin.
– Korkeamman tason kaupunkikeskukset on yleensä täysin kytketty,
koska liikennemäärät ovt hyvin suuria.
– Kaupungin sisältä on tyypillisesti rajallinen määrä yhteyksiä ulos
muostaen seuraavan hierarkia asteen, telealueen.
– Telealueet on vastaavasti liitetty rajallisella määrällä yhteyksiä,
jolloin muodostuu selvä hierarkia verkkoon.
Rkantola/23.8.00/s38.118
13
Suunta on kohti suurempia keskuksia
• Esim Soneran lankaverkko n. 500 keskuksesta n. 40:een 1990luvulla
• päätekeskuksia korvattu keskittimillä käyttökulujen
vähentämiseksi
Keskitin on:
- staattinen: pakkaa vähän käytetyt PCM:t (lähes) täysin käytetyiksi.
Aikavälien allokointi tilaajille ei riipu liikenteestä.
- dynaaminen: aikaväli keskukseen varataan vasta puhelua varten
Molemmissa:
- puhelu keskittimen kahden tilaajan välillä kytketään aina keskuksen kautta
- poikkeuksena voi olla hätäpuheluominaisuus dynaamisissa keskittimissä.
Tämä saattaa olla välttämätöntä suurissa keskittimissä, joissa on esim yli
1000 tilaajaa.
- ohjelmisto on määrältään vain murto-osa keskuksen ohjelmistosta
Rkantola/23.8.00/s38.118
14
Keskukset kytkevät puhelut itsenäisesti
tai älyverkon ohjaamina
• Keskuksen toimintoja ovat:
– puhelujen ohjaus: numeroanalyysi, reititys/ väylöitys,
puhelun hallinta, lisäpalvelujen käsittely, tilaajatietokanta
– laskenta,
– merkinanto, liitännät kirjavilla tekniikoilla ja
– käytönohjaus.
• Keskuksen numeroanalyysi osaa käsitellä kaiken
tyyppiset E.164 numerot, mutta hallintasyistä
numeromuuntoja tehdään älyverkon ohjauspisteissä.
Näin palvelun ohjelmisto voidaan keskittää.
Rkantola/23.8.00/s38.118
15
Lankaverkossa keskustyypit ovat
vähenemässä
• Päätekeskukseen liittyy tilaajat
• Kauttakulkukeskuksessa ei yleensä ole tilaajia (ei
tilaajamerkinantoja, ei tilaajatietoja jne). Nämä ovat
katoamassa keskusten koon kasvaessa
• Kansainvälinen keskus osaa kansainvälistä merkinantoa.
Se huolehtii myös kv-laskennan erityispiirteistä.
• Mobiiliverkoissa on yleensä omat keskukset, joissa
lisänä mm. liikkuvuuden hallinta ja mobiilimerkinannot.
Rkantola/23.8.00/s38.118
16
Älyverkko keskittää palveluohjelmistoa
SCE
SMS
SDP
SCP
SSP
Puh. ohj
keskus
Rkantola/23.8.00/s38.118
• SSP= Service Switching Point =
keskus, johon on lisätty SSF service switching function = kyky
siirtää puhelun käsittely tarvittaessa
SCP:lle
• SCP = Service Control Point =
palvelun ohjauspiste, jossa on
palvelulogiikka
• SDP = service data point =
tietokanta
• SMS = hallinta, SCE = Service
Creation Environment
17
Numerointi
• keskusten ensisijainen tehtävä on ohjata valitun numeron
mukainen puhelu oikealle lähtöyhteydelle seuraavaan keskukseen
ja lopulta liittymään = nro-analyysi => väylä
• kullakin alueella oli oma(t) numerosuuntansa
– esim. 09-325xxxx Mellunmäki & Vartiokylä
• nro-pituus vaihtelee välillä 4…8 numeroa (09-teleliikennealue)
• Suomeen maatunnuksella 358 ja + eteen (00 yleensä)
Syntaksi on
suurin piirtein:
1
00
44
990
994 _ 34 _
358
+
...
….
9
50
40
...
_ ABCdefgh
0
Rkantola/23.8.00/s38.118
18
Puhelinnumeroiden (E.164) semantiikka
• Puhelinnumero voi osoittaa tilaajaa tai palvelua
• Tilaajaa osoittava numero on samalla väylöitys- ja
“looginen” numero
• Numeron siirrettävyys rikkoo tämän sidoksen
• Palvelunumero on aina “looginen” ja vaatii
numeromuunnon väylöitysnumeroon
• Puhelinnumerosta pitää soittajan voida päätellä
paljonko puhelu maksaa. Siksi numerojen allokointi on
sidottu maantieteeseen ja verkon topologiaan.
Rkantola/23.8.00/s38.118
19
Matkapuhelinverkkojen numerointi
• MSISDN nro (esim 040-7501636) an yksikäsitteisesti
allokoitu tiettyyn HLR:ään (kotirekisteriin).
• Ns. GMSC (gateway MSC) keskukset tuntevat tämän
allokoinnin.
• Kun numeroon soitetaan, puhelu ohjataan jollekin
GMSC:lle, joka tietää, mikä HLR tietää ko tilaajan
sijainnin.
Rkantola/23.8.00/s38.118
20
Keskuksen numeroanalyysin ominaisuudet
• Analyysiin voivat vaikuttaa
– valittu numero
– puhelun tulosuunta (joukko yhdysjohtoja muodostaa
suunnan), alkuperä tai tilaajaluokka (esim. operaattori)
• Analyysi voi palauttaa
– joukon reititysvaihtoehtoja
– ohjeen numeromuunnosta (esim 0800-numero):
tällöin analyysi voidaan joutua tekemään uudestaan
• Analyysipuut rakennetaan operaattorin MMLkomennoilla reittisuunnitelman perusteella
Rkantola/23.8.00/s38.118
21
Puhelinkeskuksen numeroanalyysipuu liittää
väylöityksen signaloinnista saatavaan tietoon
signaloinnista: ABC - suunta
ABCd - lyhin tilaajanumero
ABCdefgh - pisin tilaajanumero
A
Buckets
B
C
Bucket-tiedosto kuvaa reititysvaihtoehdot, joista valinta suoritetaan lähinnä resurssien varaustilan mukaan
d
e
f
Lisäksi tulosuunta voi vaikuttaa
analyysin alkupisteen valintaan ja voidaan
tehdä numeromuunnoksia ennen reitin valintaa.
Rkantola/23.8.00/s38.118
g
h
22
Muistin tarve analyysipuuta varten
Oletukset:
- analysoidaan 4 ensimmäistä numeroa max 8:sta
- tilaajia on 800 000.
Laskelma:
- 8 nroa antaa max. 100 miljoonaa - 1 tilaajanumeroa
- tästä numeroavaruudesta on käytössä 0.8/100% = 0.8%
- numeroiden keskimääräinen käyttöaste = n ==>
x
n8 = 800 000 => n = 5.47.
- 4 nron analysointi vaatii keskimäärin noin 1+6+36+216=259 solmua
- solmun koko esim. 16 bit x 16 = 32 tavua.
- tilan tarve solmuille on 32 x 259 = 8 288 tavua, joista on oikeasti käytössä,
kun * ja # -käyttöä ei huomioida
5.47 x 2 x 259 = 2834 tavua = noin 34%.
Jatkamalla laskua on helppo näyttää, että kaikkien 8 nron analysointi ei ole tilaongelma!
Rkantola/23.8.00/s38.118
23