Основы построения терминального и коммутационного оборудования

1. Тема 3. «Основы построения терминального и коммутационного оборудования»

Занятие 3.4
Групповое
Особенности построения IP-АТС

2.

Цели занятия (ПСК-3.1, ПСК-3.3):
1. Способствовать углубленному изучению основ
построения IP-АТС. Раскрыть современное состояние и
перспективы их развития
2. Изучить принципы построения цифровых
коммутационных станций на основе IP технологии.
3. Развивать инженерное мышление, подготовить
теоретические основы для самостоятельного изучения
перспективной техники.
2

3.

Учебные вопросы:
!!!
1. Классификация и особенности построения IP-АТС
2. Особенности архитектуры программного
обеспечения IP-АТС
3

4. Межпредметные связи

обеспечивающие дисциплины: «Основы построения инфокоммуникационных
систем и сетей»;
обеспечиваемые дисциплины: «Сети связи и системы коммутации»,
«Телекоммуникационные
технологии»,
«Инфокоммуникационные
системы
специального назначения».
4

5.

Проверка подготовки:
ВАРИАНТ 1
1. Типы адресов в IP-сети, кто
каждый из них назначает, их размер
(в байтах)?
ВАРИАНТ 2
1. Зачем разделили IP-адрес на
несколько частей и из каких
составляющих он состоит?
2. Какой класс (A, B, C, D, E)
адресов
IP-сетей
содержит
максимальное число станций?
2. Какой класс (A, B, C, D, E) адресов
IP-сетей содержит минимальное
число станций?
3. Что означает специальный IPадрес с указанным номером сети и
всеми единицами в номере узла в
сети?
3. Какое
значение
имеет
специальный
IP-адрес
для
тестирования ПО своей станции?
4. Как «вычисляют» номер (адрес)
сети по IP-адресу?
5. Назначение протокола ARP?
4. Что такое маска сети, какие поля
она имеет?
5. Какие поля входят в кадр формата
Ethernet?
5

6.

Введение
PBX (Private Branch Exhange) – английский термин, обозначающий
офисную телефонную станцию, которая обеспечивает установление,
поддержание и разрыв соединений между аппаратами, то есть
коммутацию.
PBX позволяет разделять ограниченные ресурсы (городские линии
и номера) между внутренними пользователями при помощи таких
функций, как внутренний номерной план, перевод звонков, постановка на
удержание, и других.
6

7.

1. Классификация и особенности построения
IP-АТС
Существующие IP-АТС можно разделить на группы:
программные (Asterisk различных версий; FreeSWITCH, SipXecs, 3СX
приложение для Windows и др.);
аппаратно-программные (T-76C,SI 2000v5; СиТи-IP);
7

8.

1. Классификация и особенности построения
IP-АТС
Программные IP-АТС.
IP-АТС малой емкости (до 10 абонентов, типа "Т-76" ЗАО "Телрос").
Состав: промышленная ЭВМ стандарта PICMG + пассивная кросс-плата
для установки интерфейсных модулей.
Промышленные ЭВМ с кросс-платой установки
интерфейсных модулей
ПО - Asterisk различных версий; FreeSWITCH, SipXecs,
3СX приложение для Windows и др.
Шина PCI, H.110
Модули для подключения
абонентских интерфейсов
a/b, U, 10/100 Base-T
Модули для подключения
сетевых интерфейсов
E1, 10/100 Base-T, E&M, ЦСЛ
Asterisk IP-АТС – свободное программное обеспечение компьютерной
телефонии с открытым исходным кодом, которое ориентировано на
создание и поддержку офисных IP-АТС.
8

9.

1. Классификация и особенности построения
IP-АТС
Программные IP-АТС.
IP-АТС малой емкости
ЦУУ IP-АТС - процессорные платы промышленной ЭВМ.
Внутрисистемные шины IP-АТС (типа PCI) должны обеспечивать
минимально-возможную
задержку
при
обработке
данных.
Одновременное подключение других устройств к шине модулей IP-АТС
может привести к снижению качества связи.
Интерфейсные платы.
Компоненты архитектуры - микросхемы производства Intel (для
процессоров Intel) и nVidia nForce (для процессоров AMD).
Высокая производительность за счет использования нескольких
процессоров или процессоров с несколькими ядрами.
Главное требование - обеспечение стабильности и высокой
производительности системы в целом.
9

10.

1. Классификация и особенности построения
IP-АТС
10
Программные IP-АТС.
IP-АТС средней емкости
реализуются на соответствующих версиях ПО и требуют наличия
нескольких ПЭВМ, каждая из которых решает свою задачу.
Сложность - решение вопроса производительности в системах
средней емкости (от 10 до 50 абонентских терминалов)
Системы развертываются
на одном (двух) серверах,
каждый из которых
обрабатывает несколько
специализированных
задач
Ухудшение
QoS
С увеличением нагрузки,
система будет все больше
приближаться к своим
предельным значениям
технических характеристик
Обусловлено не технической неисправностью
системы, а достижением пределов ее
возможностей по обработке вызовов.

11.

IP-АТС Т76-С. Схема структурная

12.

1. Классификация и особенности построения
IP-АТС
Программные IP-АТС.
IP-АТС большой емкости (более 120 абонентских терминалов)
развертываются на нескольких серверах. При этом вопросы
производительности решаются путем добавления компьютеров.
Сложность - использование нескольких серверов, обрабатывающих
одну распределенную задачу.
Простейший вариант применения программной IP-АТС
11

13.

1. Классификация и особенности построения
IP-АТС
Аппаратно-программные IP-АТС.
IP-АТС типа "HiPath-4000" и "CиТи-IP"
Модуль ЦУУ управляет работой IP-АТС:
управление всеми видами ПО: системными и коммутационными
программами (3 операционные системы реального времени);
управление станционными и абонентскими данными;
обработка полученной информации для маршрутизации, выбора пути,
учета стоимости;
контроль всех подсистем и анализ результатов наблюдения;
обработка аварийной сигнализации;
мониторинг
и
управление
температурным
режимом
функционирования IP-АТС.
13

14.

1. Классификация и особенности построения
IP-АТС
14
Аппаратно-программные IP-АТС.
Вариант
схемного решения
ЦУУ IP-АТС
процессор 800 MГц;
память (две планки
по 256 MB);
контроллер шины
данных "серверный
мост";
внешние порты;
контроллер
коммутатора пакетов;
коммутационное поле
пакетов.

15.

1. Классификация и особенности построения
IP-АТС
Аппаратно-программные IP-АТС.
IP-АТС типа "HiPath-4000"
Коммутатор IP-пакетов - микросхема производства «Marvel»
производительностью 480 Мбит/с.
Представляет собой коммутатор третьего уровня (Layer 3 Switch).
Функциональные возможности:
реализация функций маршрутизации (на основе информации
третьего уровня, определяет лучший путь передачи пакета, а также с
помощью контрольной суммы проверяет целостность пакета);
обработка пакетов на аппаратном уровне с использованием набора
специализированных микросхем;
программная поддержка процедур, не связанных с обработкой
трафика: обработка таблиц маршрутизации, поддержка функций
управления, а обработка пакетов только в аварийных ситуациях;
особенности обработки информации: возможности по реализации
приоритетов и обеспечение качества обслуживания для определенного
трафика.
15

16.

1. Классификация и особенности построения
IP-АТС
Аппаратно-программные IP-АТС.
Реализация коммутационного поля коммутатора третьего уровня с
емкостью четыре порта
Память пакетов
Синхронный
последовательный
интерфейс
Коммутационная матрица FIFO
Порт 1
Порт 2
Порт 3
Порт 4
МАС
МАС
МАС
МАС
Контроллер
коммутации
пакетов
Порт 5
МАС
PHY
10/100
PHY
10/100
PHY
10/100
PHY
10/100
Tx Rx
Tx Rx
Tx Rx
Tx Rx
MII / F
Таблица
МАС адресов
16

17.

1. Классификация и особенности построения
IP-АТС
Аппаратно-программные IP-АТС.
Реализация коммутационного поля коммутатора третьего уровня с
емкостью четыре порта
Микросхема, реализующая коммутационное поле коммутатора
третьего уровня, содержит четыре порта со встроенными
физическими приемопередатчиками и контроллерами MAC-уровня
(МАС – Media Access Control, нижний подуровень канального
уровня). Пятый порт оснащен только МАС-контроллером и
предназначен для объединения двух микросхем в единый
восьмипортовый коммутатор.
В состав микросхемы входит промежуточная память пакетов с
таблицей MAC-адресов на 2048 записей. Когда таблица MAC-адресов
полностью заполняется, новые адреса добавляются вместо
адресов, которые используются наиболее редко.
При назначении на один из портов для передачи нескольких
пакетов, только после проверки их целостности они транслируются
в порядке приема (дисциплина обслуживания FIFO).
17

18.

1. Классификация и особенности построения
IP-АТС
Сопряжение цифровой системы синхронной коммутации типа "DX500" с сетью TCP/IP с помощью IP шлюза
Основное отличие – наличие синхронного коммутационного поля с
пространственно-временной коммутацией и шлюза к IP сетям.
Шлюз осуществляет обработку сигнальной информации от сетей с
коммутацией каналов и ее передачу по IP-сети (технология VoIP), а также
управление потоками при передаче голоса и данных в мультисервисных
сетях.
18

19.

ИТОГИ 1 вопроса.
Существующие IP-АТС можно разделить на группы:
программные и аппаратно-программные.
В программных IP-АТС используется открытое ПО, а
аппаратная часть реализована с помощью одной
промышленной ЭВМ стандарта PICMG с пассивной
кросс-платой для установки интерфейсных модулей.
В аппаратно-программных IP-АТС используется
специализированное ПО а также цифровое
коммутационное поле IP-пакетов, которое строится на
высокопроизводительных микросхемах и представляет
собой коммутатор третьего уровня ЭМВОС.
19

20.

2. Особенности архитектуры программного
обеспечения IP-АТС
20
Архитектура программного обеспечения Asterisk
1. Системное ПО на основе операционной системы реального
времени Linux, а также менеджер планирования задач и
распределения каналов ввода/вывода представляют собой
программные
блоки,
которые
выполняют
разноуровневую
обработку данных, передаваемых в каналах, управляют работой
системы с учетом многогранности задач и оптимизации их
выполнения.
2. Уровень выполнения прикладных задач обеспечивает
выполнение задач (как встроенных, так и задач пользователя) с
предоставлением требуемого сервисного обслуживания (например,
предоставление голосовой почты, конференцсвязи, проигрывание
голосовых файлов, а также работа с базой данных).

21.

2. Особенности архитектуры программного
обеспечения IP-АТС
Прикладное
ПО
Конференц-связь, голосовая почта, автосекретарь,
интерфейс взаимодействия с внешними скриптами,
интерфейс управления сервером Asterisk
Интерфейс модульной загрузки приложений телефонии
Функция записи
детальной
информации о
звонках
Функция
коммутации
АТС
G.729 GSM
Speex ADPCM
Mu-Law A-Law
Linear
Преобразование
кодирования
Аппаратный интерфейс
IAX, SIP, H.323, MGCP,
Custom Hardware, ISDN,
Cisco Skinny, InuSTM, E1, T1
Операционная
система
реального времени
Linux,
Windous mobail,
Менеджер
планирования задач и
каналов ввода/
вывода
Выполнение
прикладных задач ПО
Интерфейс
обработки
кодеков
Системное
программное
обеспечение
Загрузчик
модулей ПО
Интерфейс
обработки
формата
файлов
GSMsf .wav
G.729 G.711
H.263
22
Архитектура
программного
обеспечения
Asterisk

22.

2. Особенности архитектуры программного
обеспечения IP-АТС
23
Архитектура программного обеспечения Asterisk
Аппаратный
интерфейс выполняет обработку сигнальной
информации и информации пользователя, специфичной к
физическому и логическому уровню канала, при использовании
которого создается входящий или исходящий вызов. Библиотеки
этого уровня обеспечивают такие виды соединений, как:
– VoIP (H.323, SIP, MGCP, SCCP (Skinny Client Control Protocol), T.38);
– TDM/TDMoE (FXS, FXO, MF/MFC-R2, ISDN-BRI, ISDN-PRI, SS7).
Интерфейс модульной загрузки приложений телефонии выполняет
загрузку соответствующих библиотек для обеспечения сервисного
обслуживания пользователя или предоставления необходимой
функциональности (голосовая почта, конференцсвязь).

23.

2. Особенности архитектуры программного
обеспечения IP-АТС
24
Архитектура программного обеспечения Asterisk
Интерфейс обработки кодеков обеспечивает подключение
библиотек, которые будут загружены в соответствии с возможными
преобразованиями речи или видео в системе (например, такие виды
кодирования, как G.711A/Mu, GSM, LPC, G.723, G.726, G.729, MP3,
H.261/263).
Интерфейс
обработки
форматов
файлов
обеспечивает
подключение библиотек, которые возобновляют соответствующие
форматы хранения голосовой, графической или видео информации
на жестком диске (или компакт-диске) в системе. Поддерживает
такие форматы, как RAW, MP3, WAV, WAV49 (GSM), VOX (ADPCM), JPG,
PNG.

24.

ИТОГИ 2 вопроса.
ПО Asterisk было разработано с целью учета факторов
максимальной доступности и гибкости. Специальные
интерфейсы программирования (API) позволяют
создавать прикладные решения, не учитывающие
протоколы соединения, голосовые или видео кодеки и
используемые интерфейсы для подсоединения к другим
телекоммуникационным решениям.
26

25.

Тема 3. Теория построения и функционирования
систем распределения информации и оконечных
устройств на основе коммутации пакетов
Занятие 3.3
Групповое
Особенности построения IP-АТС

26. Тема 3. Теория построения и функционирования систем распределения информации и оконечных устройств на основе коммутации пакетов

Учебные вопросы:
!!!
1. Классификация и особенности построения IP-АТС
2. Особенности архитектуры программного
обеспечения IP-АТС
3

27.

Заключение
Задание курсантам для самостоятельной учебной работы:
- проработать материал занятия, дополнить конспекты;
- закрепить и углубить полученные знания по данному материалу;
- быть готовым для ответа по вопросам для самоконтроля.
Контрольные вопросы:
1. Назовите основные особенности построения программных IP-АТС;
2. Назовите основные особенности построения аппаратно-программных
IP-АТС;
3. Назовите основные особенности построения гибридных IP-АТС;
4. Архитектура программного обеспечения Asterisk;
5. Возможности Asterisk, как корпоративной IP УАТС.

28. Заключение

Рекомендуемая литература:
1. Гольдштейн, Б. С. Протокол SIP: справочник по телекоммуникационным протоколам. /
Б. С. Гольдштейн, А. А. Зарубин, В. В. Саморезов – СПб. : БХВ - Санкт-Петербург, 2007. –
456 с.
2. Гольдштейн, Б. С. Call-центры и компьютерная телефония / Б. С. Гольдштейн, В. А.
Фрейнкман. – СПб. : БХВ - Санкт-Петербург, 2002. – 372 c.
3. Сети следующего поколения NGN. / под редакцией А.В. Рослякова – М.: Эко-Трендз,
2009 – 421 с.: ил.
4. Методические рекомендации по организации самостоятельной работы для курсантов
третьего года обучения. Часть IV. Цифровая обработка сигналов, направляющие системы
электросвязи, цифровые системы передачи, системы коммутации, спутниковые и
радиорелейные системы передачи. Под общ. ред. В. М. Косухина. – Орел: Академия ФСО
России, 2009. –288 с.