Базовый процесс обработки вызовов

Исходя из того, что мировая телекоммуникационная сеть превратилась в крупнейшую и наиболее сложную систему в мире, в 80–90‑х годах телефонные сети стали брать на себя новые функции, ранее предоставляемые другими средствами (печатными изданиями, почтой, радио, телевидением).

Чтобы справиться с этими задачами операторам сетей и производителям телекоммуникационного оборудования потребовался новый подход, способный кардинально изменить все аспекты создания, эксплуатации и предоставления услуг. Проблема состояла в необходимости перехода от используемого в течении долгих лет консервативного подхода предоставления ограниченного перечня одинаковых услуг к созданию интеллектуальной платформы для введения широкого спектра нетрадиционных услуг с возможностью их модификации под индивидуальные требования клиента.

Подходы к решению обозначенного круга проблем были предложены в лабораториях Bell Systems в 80‑х годах (1) и сформулированы в виде концепции интеллектуальной сети (Intelligent Network, IN) Международным союзом электросвязи (МСЭ) в 90‑х годах (2). Концепция представляет собой совокупность функциональных требований, интерфейсов и протоколов для поэтапного продвижения к долговременной целевой архитектуре IN. Эта совокупность специфицируется МСЭ в виде наборов возможностей (Capability Set, CS) для создания услуг, доступных в сети IN на данном этапе ее развития.

В отличие от традиционного подхода интеллектуальная сеть предполагает четкое разделение всех функций создания, модификации, предоставления, технического обслуживания и эксплуатации дополнительных услуг на небольшое число программных модулей со строго определенным перечнем функций, взаимодействие между которыми производится через стандартные интерфейсы. Кроме того, к предоставлению интеллектуальных услуг предъявляются жесткие требования: услуга, которую заказал абонент, должна быть предоставлена своевременно, на определенное время и с определенным качеством, а сеть должна быть надежной. Из изложенного вытекает задача реализации эффективной системы управления вызовами в IN.

В соответствии с рекомендациями ITU-T серии Q.1200 (2) для построения такой системы управления удобно использовать базовую модель состояний вызова (Basic Call State Model, BCSM), которая идентифицирует состояния вызова и всего процесса установления соединения, в которых допускается взаимодействие с логикой услуги IN.

BCSM состоит из двух частей: базового процесса обслуживания вызова на исходящей и входящей сторонах (3, 6), что обуславливает комплексный характер проводимых исследований в рамках построения системы управления вызовами в IN.

В данной части работы на основе BCSM анализируется возможность построения соответствующей модели управления вызовами на приемной или входящей стороне IN с использованием аппарата полумарковских процессов, что позволит более эффективно описывать и производить оценку различных параметров трафика интеллектуальной сети.

Раздел «Безопасность жизни и деятельности человека» выполняется с целью обеспечения безопасных условий труда при организации базовой модели управления вызовами на приемной стороне в интеллектуальной сети с использованием персональных ЭВМ в помещении исследовательской лаборатории контакт-центра.

В разделе технико-экономического обоснования дипломной работы для предварительной оценки затрат и экономической эффективности организации базовой модели управления вызовами на приемной стороне в IN путем проведения научно-исследовательской работы (НИР) рассчитываются предпроизводственные затраты и производится оценка совокупного научного и технического уровня НИР.

1. Анализ базовых концептуальных принципов и структуры построения интеллектуальных сетей

1.1 Этапы развития телекоммуникационных технологий, причины и условия перехода к интеллектуальным сетям

В историческом развитии сетей и услуг связи можно выделить четыре основных этапа (рис. 1.1). Каждый этап имеет свою логику развития, взаимосвязь с предыдущими и последующими этапами. Кроме того, каждый этап зависит от уровня развития экономики и национальных особенностей отдельного государства.

Рисунок 1.1 – Этапы развития сетей и услуг связи

Первый этап – построение телефонной сети общего пользования (ТФОП).В течение длительного времени каждое государство создавало свою национальную аналоговую ТФОП. Телефонная связь предоставлялась населению, учреждениям, предприятиям и отождествлялась с единственной услугой – передачей речевых сообщений. В дальнейшем по телефонным сетям с помощью модемов стала осуществляться передача данных. Тем не менее, и в настоящее время телефон остается основной услугой связи.

Второй этап – цифровизация телефонной сети.Для повышения качества услуг связи, увеличения их числа, повышения автоматизации управления и технологичности оборудования, промышленно развитые страны в начале 70‑х годов начали работы по цифровизации первичных и вторичных сетей связи. Были созданы интегральные цифровые сети IDN (Integrated Digital Network),предоставляющие также в основном услуги телефонной связи на базе цифровых систем коммутации и передачи.

Третий этап – интеграция услуг.Цифровизация сетей связи позволила не только повысить качество услуг, но и перейти к увеличению их числа на основе интеграции. Так появилась концепция цифровой сети с интеграцией служб ISDN (Integrated Service Digital Network). Пользователю этой сети предоставляется базовый доступ (2B+D), по которому информация передается по трем цифровым каналам: два канала В со скоростью передачи 64 Кбит/с и канал D со скоростью 16 кбит/с.

Каналы В используются для передачи речевых сообщений и данных, канал D – для сигнализации и для передачи данных в режиме пакетной коммутации. Для пользователя с большими потребностями может быть предоставлен первичный доступ, содержащий (30B+D) каналов. В классическом виде концепция ISDN широкого распространения в мире не получила по нескольким причинам. Во-первых, оборудование ISDN достаточно дорого, чтобы стать массовым; во-вторых, пользователь постоянно оплачивает три цифровых канала; в-третьих, перечень услуг ISDN превышает потребности массового пользователя. Кроме того, при предоставлении услуг в сетях ISDN требуется весьма сложная обработка запросов, пересылка больших объемов данных с высокой скоростью. Если ресурсы, используемые для предоставления услуг, рассредоточены на многих объектах сети, то это приводит к недопустимым задержкам и искажениям информации при ее многократной пересылке от одной станции к другой (7).

Для преодоления этих недостатков необходимо использовать такую стратегию предоставления многообразных услуг, которая основывается на централизации наиболее сложной обработки данных и на использовании протоколов информационного обмена (Х.25, Frame Relay, ОКС №7, ATM) между элементами сети, гарантирующих высокие скорость и верность передачи информации. Поэтому интеграция услуг постепенно заменяться концепцией интеллектуальной сети.

Четвертый этап – интеллектуальная сеть IN (Intelligent Network). Эта сеть предназначена для быстрого, эффективного и экономичного представления информационных услуг массовому пользователю. Необходимая услуга предоставляется пользователю тогда, когда она ему требуется и в тот момент времени, когда она ему нужна. Соответственно и оплата за предоставленную услугу производится в течение этого интервала времени. Удовлетворение этих требований возможно лишь при построении сетей электросвязи на основе новой концепции, состоящей в том, что функции предоставления дополнительных видов обслуживания (ДВО) отделяются от основных услуг.Таким образом, быстрота и эффективность предоставления услуги позволяют обеспечить и ее экономичность, так как пользователь будет использовать канал связи значительно меньшее время, что позволит ему уменьшить затраты. В этом заключается принципиальное отличие интеллектуальной сети от предшествующих сетей – в гибкости и экономичности предоставления услуг.

Разработка технологии IN началась в 1990 г., а первые рекомендации ITU-T, посвященные интеллектуальным сетям, утверждены в 1992 г. (рекомендации Q.1201–Q.1203). Основная цель IN состоит в быстром, эффективном и экономичном предоставлении информационных услуг массовому пользователю.

В соответствии с рекомендациями ITU-T I.211 и І.212 вся совокупность услуг, предоставляемых сетью, делится на две группы: основные услуги и дополнительные виды обслуживания (ДВО).Основные услуги связаны с процессами установления соединений (при способе коммутации каналов), тарификации, организации виртуальных соединений (при способе коммутации пакетов), передачи пакетов между элементами сети. Основные услуги, как правило, редко изменяются и реализуются сетью при обслуживании каждого вызова.

Дополнительные услуги весьма разнообразны. В качестве примера можно привести следующие из них:

– универсальный номер доступа (Universal Access Number, UAN);

– персональный номер (Universal Personal Number, UPN);

– «служба 800» (Freephone, FPH).

Услуга UAN предоставляет возможность по единому номеру, закрепляемому, например, за предприятием, фирмой, банком, получить связь с требуемым пользователем. В процессе предоставления этой услуги IN запрашивает вызывающего абонента о требуемом подразделении, предлагает дополнительно набрать определенное число знаков номера и адресует вызов на свободный телефон (терминал). Вся требуемая для предоставления ДВО информация концентрируется в сетевых базах данных «интеллектуальной надстройки» коммутируемой сети (в частности, телефонной).

Услуга UPN подобна той, которой пользуются абоненты сетей подвижной связи. Абонент, желающий получить услугу UPN, регистрируется в IN и получает логический номер, по которому его можно отыскать независимо от того, где он находится. Для этого он, переезжая в другой населенный пункт страны или мира, сообщает IN номер (или номера) телефона, куда нужно переадресовать все входящие вызовы. Услуга FPH, относящаяся к «службе 800», обеспечивает установление местных и междугородных соединений с поставщиками информации (например, рекламными фирмами) и передачу информации за их счет. Услуги, относящиеся к ДВО, реализуются только по специальному запросу пользователя. Разные группы пользователей могут получать разные наборы ДВО. Элементом концепции IN является отделение функций управления основными услугами от управления ДВО.

1.2 Концепция, архитектура и свойства интеллектуальных сетей

Услуги могут быть отнесены к интеллектуальным, если при их предоставлении требуется использовать большие массивы данных и выполнять сложную обработку. Если при разработке и проектировании аппаратных и программных средств новых услуг не исходить из единой концепции, то затраты на их реализацию будут неоправданно велики. Поэтому современный подход к проектированию аппаратных и программных средств услуг основан на модульном принципе. Сущность его состоит втом, что все процедуры реализации услуг делят на законченные автономные модули услуг (МУ) – в терминологии IN независимые от услуг конструктивные блоки (Service Independent Block, SIB), не зависящие от видов услуг и друг от друга и представляющие собой законченные процедуры обработки запросов. Процедуры обмена между модулями услуг тоже стандартизируют. При таком подходе достаточно большой набор модулей позволяет создавать новые услуги путем сочетания имеющихся МУ и интерфейсных модулей. Программа реализации новой услуги будет простой и не потребует больших затрат. Лишь при проектировании экстраординарной по сложности услуги, реализация которой из имеющихся модулей невозможна, потребуется разработка новых модулей. Описанная концепция проектирования услуг интеллектуальных сетей предполагает использование языков программирования высокого уровня, обеспечивающих уменьшение затрат при вводе новых услуг. Таким образом, вторым элементом концепции IN является оригинальная методика структурного проектирования и реализации услуг.

Целью создания является интегрирование возможностей средств передачи и обработки данных для предоставления ДВО пользователям на базе традиционных средств телефонных сетей, сетей передачи данных и сетей связи с подвижными объектами. «Интеллект» таких сетей воплощается в скрытом от пользователя механизме выбора и предоставления услуг (8).

Прежняя стратегия ввода новых ДВО основывалась на замене старой (с меньшим набором ДВО) версии программного обеспечения (ПО) на всех узлах сети на новую (с новым набором ДВО). В IN добавление новых ДВО обеспечивается изменением программных средств в сетевой базе данных (БД) без изменения ПО на станциях и узлах сети. Однако такая индифферентность ПО станций к видам и составу ДВО подразумевает наличие на станциях сети средств доступа к ресурсам IN, а на одном из уровней распределения ресурсов IN – средств управления предоставлением ДВО (4, 5). На рис. 1.2 показан пример расширения спектра ДВО в интеллектуальной сети. Для ввода новой услуги (выделено штриховкой) требуются изменения только в БД интеллектуальной сети.

Рисунок 1.2 – Расширение состава ДВО интеллектуальной сети

Характерны следующие свойства IN:

– наличие централизованных баз данных, в которых содержится исчерпывающая информация о сети и ее пользователях;

– доступ к БД с высокой скоростью;

– применение протоколов системы сигнализации №7 (ОКС №7) для связи разных компонентов сети и сетей друг с другом, обеспечивающих высокую верность обмена информацией;

– простота доступа к службам и БД при оперативном создании и модификации услуг и при предоставлении заказчикам доступа к данным, характеризующим обслуживание их запросов.

Интеллектуальные сети имеют следующие преимущества:

– контроль пользователем тех данных, которые характеризуют все нюансы обслуживания его запроса сетью;

– гибкость управления службами и услугами благодаря централизации данных в БД и высокой скорости обмена информацией в сети;

– упрощенный и оперативный ввод новых служб и услуг благодаря использованию модульного принципа проектирования и реализации новых услуг.

Структура интеллектуальной сети иерархичная, состоящая из четырех плоскостей (рис. 1.3). На одной из плоскостей этой иерархии размещают средства обработки запросов пользователей и реализации услуг. Такая централизация технологична в том отношении, что позволяет не распылять ресурсы. Однако она же требует высокой скорости транспортировки больших массивов данных между объектами разных плоскостей. Поэтому средства одной из плоскостей IN обеспечивают транспортировку сообщений с высокой скоростью и верностью.

Верхняя плоскость модели – плоскость услуг – представляет услуги так, как они «видны» конечному пользователю. Такое представление не содержит информации, относящейся к способу и деталям реализации услуги в сети. То, что услуга реализована в рамках IN, при представлении ее на плоскости услуг невидимо. Зато на этой плоскости видно, что услуги (services) компонуются из одной или из нескольких разных стандартизованных составляющих, каждую из которых пользователь воспринимает как одно из характерных свойств или, что то же самое, как один из атрибутов услуги (service features). Для каждого этапа стандартизации определяются совокупность таких составляющих и правила их использования.

Рисунок 1.3 – Структура интеллектуальной сети

Плоскость услуг в рамках структурной организации IN определяет подсистему административного управления (ПАУ) сетевыми ресурсами (Network Capabilities Manager, NCM).

Функциями ПАУ являются:

– предоставление технических средств эксплуатации и технического обслуживания интерпретаторам видов услуг (дистанционная загрузка программных средств, контроль работоспособности интерпретаторов вида услуг (ИВУ), дистанционное восстановление данных и техобслуживание);

– коммерческое управление (предоставление абонентам возможности пользоваться данными одной или нескольких служб).

Подсистема административного управления содержит собственную сетевую информационную БД (СИБД) и может вести обмен с внешними БД через сеть коммутации пакетов по протоколу Х.25, Frame Relay или по протоколу системы сигнализации ОКС №7. Эта подсистема обеспечивает управление ресурсами сети, необходимыми для предоставления ДВО, интерпретацию вида ДВО. Для связи с ИВУ используется сеть с коммутацией пакетов (КП).

Глобальная функциональная плоскость описывает возможности сети, которые необходимы разработчикам для внедрения услуг. Здесь находятся сетевые информационные базы данных, в том числе и внешние БД, в которых хранятся данные о номерах абонентов, категориях обслуживания, адресах, параметрах маршрута установления соединения и др., и программы реализации услуг – ПРУ (Service Logical Programs, SLP).

Каждой услуге соответствует своя ПРУ, которая составляется из модулей услуг – независимых от услуг конструктивных блоковSIB, одним из которых является SIB, реализующий базовый процесс обслуживания вызова – БПОВ (Basic Call Process, ВСР). BCP взаимодействует с другими блоками посредством точек инициации (Point of Initiation, POI) и завершения (Point of Return, POR). Если в процессе обработки вызова встретится одна из точек инициации, то это приводит к определенной последовательности обращений к блокам SIB. По завершении этой последовательности обращений осуществляется воздействие на процесс обработки вызова, зависящее от точки завершения. В результате такого взаимодействия может быть обеспечена услуга или компонент услуги. Определенные на верхней плоскости услуги декомпозируются на компоненты и на глобальной функциональной плоскости объединяются в один или несколько SIB, которые при взаимодействии определяют глобальную логику услуги GSL (Global Service Logic).

Таким образом, конкретная ПРУ определяет тип и последовательность действий для реализации какой-либо услуги.

Распределенная функциональная плоскость описывает функции, реализуемые узлами сети, которая здесь рассматривается как совокупность функциональных элементов (Functional Entity, FE), порождающих информационные потоки. Также на этой плоскости виден тот факт, что реализация услуги в среде IN производится программными средствами распределенным образом. Каждый FE может выполнять целый ряд определенных для него действий (Functional Entity Actions, FEAs). Одно и то же FEA может быть определено для нескольких разных FE, однако любое FEA выполняется всякий раз только каким-то одним FE.

На распределенной функциональной плоскости функционирует интерпретатор вида услуги – ИВУ (Service Logic Interpreter, SLI). Он выполняет в реальном времени функции обработки запросов для одной или многих служб. Запросы на предоставление услуги поступают в ИВУ от пунктов коммутации услуг (ПКУ). Основная функция ИВУ – контроль реализации протокола услуги, при этом необходим обмен с БД соответствующей службы.

Рассмотренные выше независимые конструктивные блоки SIB представляются на распределенной функциональной плоскости в виде последовательностей действий, выполняемых функциональными объектами. Некоторые такие действия связаны с обменом информацией между объектами, что отображено на этой плоскости в виде информационных потоков.

Физическая плоскость представляет физические элементы (Physical Entities, РЕ) сети, в которой реализована концепция IN. Этими РЕ могут быть коммутационные станции, выполняющие функции пунктов коммутации услуг – ПКУ (Service Switching Point, SSP). Пункт коммутации услуги распознает запросы на предоставление ДВО по коду (префиксу), набираемому пользователем, и формирует заявки к ИВУ. Средства ПКУ являются ведомыми по отношению к ИВУ. Команды, поступающие от ИВУ, определяют последовательность обработки запроса на предоставление услуги.

Для предоставления ДВО пользователям, независимо от того в какую из станций они включены (к средствам коммутационного узла существующей местной сети общего пользования или ведомственной (частной) сети), необходимо добавить модуль ПКУ. Кроме того, для охвата новыми услугами возможно большего количества пользователей, не являющихся абонентами ISDN, необходимы специальные средства взаимодействия с пользователем во время подготовки к предоставлению услуги (например, распознаватели и синтезаторы речи) – так называемая интеллектуальная периферия (ИП).

Если абонент включен в цифровую АТС, то функции ПКУ реализуются на этой же станции. Пользователи могут иметь доступ к ПКУ как с помощью телефонного аппарата, так и с помощью персонального компьютера. Если абонент включен в АТС, где нет ПКУ, то доступ к IN реализуется по межстанционным каналам, проложенным между данной АТС и узлом сети, где имеется ПКУ.

Таким образом, на основании вышеизложенного и приведенной на рис. 1.3 структуры интеллектуальной сети можно выделить ее следующие основные узлы с учетом определений, данных в рекомендации ITU-T Q.1205 (9).

1) SSP – узел коммутации услуг, представляющий собой АТС с соответствующей версией программного обеспечения и выполняющий функцию управления вызовом и функцию коммутации услуги. На рис. 1.3 данные узел представлен как пункт коммутации услуги (ПКУ).

2) SCP (Service Control Point) – узел управления услугами (контроллер услуг), делает возможной работу с базой данных с транзакцией в реальном масштабе времени (РМВ). SCP интерпретирует поступающие запросы, обрабатывает данные и формирует соответствующие ответы. На рис. 1.3 данные узлы представлены как интерпретаторы вида услуги (ИВУ).

3) SDP (Service Data Point) – узел базы данных услуг, содержащий данные, используемые программами логики услуги, чтобы обеспечить индивидуальность услуги. На рис. 1.3 данные узлы представлены как внешние БД, содержащие программы реализации услуг (ПРУ).

4) IP(Intelligent Peripheral) – интеллектуальные периферийные устройства, представляющие собой независимые от используемых приложений устройства интеллектуальных ресурсов, обеспечивающие дополнительные к SSP возможности. На рис. 1.3 эти устройства показаны в виде блоков интеллектуальной периферии (ИП).

5) SMP (Service Management Point) – узел менеджмента услуг, реализующий функции административного управления пользователями и / или сетевой информацией, включающей данные об услугах и программную логику услуги. Данный узел, как показано на рис. 1.3, реализует подсистему административного управления сетевыми ресурсами (ПАУ).

6) SCEP (Service Creation Environment Point) – узел создания услуг, выполняет функцию среды создания услуг и служит для разработки, формирования и внедрения услуг в пункте их обеспечения SMP, то есть является в рамках рассмотренной концептуальной структуры IN сетевой информационной БД (СИБД) (рис. 1.3).

В соответствии с вышеизложенным, обобщенно структуру сети, представляющую интеллектуальные услуги, можно классифицировать по времени выполнения и по функциональному назначению.

1.3 Аппаратные и программные средства IN

Для функционирования IN необходимы специфические аппаратные и программные средства. Аппаратные средства ПКУ и ИВУ представляют собой отдельные стативы с дисковыми накопителями и накопителями на магнитных лентах. В состав аппаратных средств ПАУ входят ЭВМ, терминалы администратора, накопители большой емкости. Программные средства IN обеспечивают обработку вызовов, требующих предоставления ДВО. Реализация ДВО в реальном времени возможна благодаря высокоскоростному информационному обмену между ПКУ, ИВУ и ПАУ через транспортные сети с КП. На рис. 1.4 показаны средства определения вида ДВО, последовательности действий при предоставлении услуги и контроля необходимых стандартных или специальных операций.

Рисунок 1.4 – Средства предоставления ДВО

1.4 Информационный обмен и предоставление интеллектуальных услуг в IN

1.4.1 Услуги интеллектуальной сети и их свойства

В основе архитектуры интеллектуальной сети лежит определение так называемых наборов возможностей (Capability Sets, CS), описывающих услуги, предоставляемые IN (3–5). В России и в Украине наиболее распространены услуги набора CS‑1, описанного в рекомендации ITU-T Q. 1211 (10), поэтому их целесообразно рассмотреть подробнее.

В рекомендациях ITU-T Q.1211 различают два термина «service» – услуга, и «service feature» – компонент (свойство) услуги.

Согласно рекомендации ITU-T Q.1290 услугой является самостоятельное коммерческое предложение, характеризуемое одним или более компонентами (возможностями), открытыми для дополнения. Компонент услуги является ее специфической частью, который в совокупности с другими услугами и компонентами услуг может составлять часть самостоятельного коммерческого предложения, определяя составляющую, которая может быть различима пользователем.

Согласно Q.1211 набор CS‑1 включает 25 видов услуг, которые должны поддерживаться сетями ТФОП, ISDN и PLMN (Public Land Mobile Network – сеть связи с подвижными системами). Наиболее распространенные сегодня виды услуг представлены в таблице 1.1, где кроме англоязычного термина и аббревиатуры даются их значения и краткие пояснения.

Следует отметить, что определение набора услуг является одним из первых этапов при создании IN в конкретном регионе и зависит от требований, сложившихся на местном рынке услуг связи.

Таблица 1.1 – Услуги набора CS‑1

Услуги, предоставляемые набором возможностей CS‑1 имеют в общем 38 свойств. Согласно Q.1211 кратко охарактеризуем некоторые основные из них.

1) ABD (Abbreviated Dialing) – сокращенный набор номера. Это свойство помогает, в частности, реализовать услугу Virtual Private Network (VPN).

2) AUTZ (Authorization Code) – код авторизации, например, набором пароля (PIN‑кода) пользователь получает доступ к сети при использовании кредитной карты, а в сети VPN может снять ограничения на доступные ему номера вызываемых пользователей. Разные наборы привилегий могут иметь разные коды. Один и тот же код может быть предоставлен многим абонентам VPN.

3) AUT (Authentication) – аутентификация, установление личности вызывающего пользователя с целью предоставления ему доступа к каким-то ресурсам телефонной сети.

4) CD (Call Distribution) – автоматическое распределение входящих вызовов между двумя или более пользователями в заданной пропорции.

5) CFC (Call Forwarding on Busy/Don’t Answer) – переадресация при условии занятости или не ответа вызываемого пользователя.

6) GAP (Call Gapping) – автоматическое прореживание вызовов, направляемых к пользователю, в частности, для предупреждения перегрузки на сети.

7) LIM (Call Limiter) – ограничитель вызовов, ограничение максимального числа одновременно входящих (удерживаемых) вызовов. В частности, максимальное число (порог) может меняться в реальном времени.

8) LOG (Call Logging) – запоминание входящих вызовов к какому-то заданному номеру.

9) CRG (Customized R