S-38.116 TELETIETOTEKNIIKKA
Seminaari 6.3.1996
ÄLYVERKON KOMPONENTIT
17747B Tapio Joutti Ti N
LYHENNELUETTELO
CCAF Call Control Agent Function, tilaajaliitäntäfunktio
CCF Call Control Function, älyverkkopalvelun ohjausfunktio
CS Capability Set, älyverkon toimintojoukko
CS-1 Capability Set 1, älyverkon toimintajoukko 1
DFP Distributed Functional Plane, hajautettu toimintataso
DTMF Dual Tone Multi-Frequency, äänitaajuusnäppäimistö
EF Elementary Function, FEA:n alkeistoiminto
ETSI European Telecommunications Standards Institute,
eurooppalainen telealan standardoimisjärjestö
FE Functional Entity, toiminnallinen olio
FEA Functional Entity Action, toiminnallisen olion toiminto
GFP Global Functional Plane, globaali tai kokonaistoimintataso
GSL Global Service Logic, globaali palvelulogiikka
IN Intelligent Network, älyverkko
INAP Intelligent Network Application Protocol, Älyverkon sovellus-
protokolla
NCM Intelligent Network Conseptual Model, älyverkon käsitemalli
IP Intelligent Peripheral, älyverkon oheislaite
ITU International Telecommunication Union, standardoimisjärjestö
PE Physical Entity, fyysisen tason olio
POI Point Of Ininitiation, BCP aloituspiste
POR Point Of Return, BCP lopetuspiste
SCCP Signalling Connection Control Part
SCEF Service Creation Environment Function, palvelun luontiympäristö-
funktio
SCP Call Control Point, älyverkkopalvelun ohjauspiste
SSP Service Switching Point, palvelun kytkentäpiste
SF Service Feature, palvelutoiminne
SIB Service Independent Building Block,
palveluriippumaton rakennuslohko
SP Service Plane, palvelutaso
Sisällysluettelo
Älyverkko eli IN (Intelligent Network) on kehittyneiden puhelinpalveluiden tarjoamisen mahdollistava verkkoarkkitehtuuri. Sen tavoitteena on tarjota lisäarvopalveluja, joilla on suuri merkitys yritysten kilpailu- ja markkinointikyvylle ja mahdollistaa nopea uusien palvelujen kehittäminen myös rajatulle asiakasjoukolle. Markkina-alueen laajentaminen onnistuu, kun teleoperaattori pystyy tarjoamaan muille yrityksille mahdollisuuden tuottaa erikoistuneita palveluja yrityksen haluamalle kohderyhmälle, jolloin operaattori toimii ainoastaan palvelujen välittäjänä ja palvelujen tarvitseman tekniikan tarjoajana. Markkina-alue kasvaa myös kun operaattori itse tuottaa palveluja. IN:n perusidea on ollut helpottaa palvelujen tuottamista vähentämällä tietoliikenneverkkojen ja laitetoimittajien vaikutusta palvelujen rajoittajina.
Puhelinverkko koostuu monien eri valmistajien järjestelmistä, joiden toteutustekniikat ovat hyvin erilaiset. Tämän johdosta uusien palvelujen tuottaminen on mutkaisempaa esimerkkinä ilmaispuhelu (Freephone), joka edellyttää numeronmuunnostietojen talletusta ja ylläpitoa pehelinverkon kaikissa vaihteissa. Ennen uuden palvelun käyttöönottoa jokaisen toimittajan järjestelmään on tehtävä ohjelmien vaatimat muutokset. Tästä seuraa, että uuden palvelun tuottaminen voi kestää usein jopa useita vuosia, mitä ei voida enää mitenkään hyväksyä. Jo kauan operaattorit ovat pyrkineet laiteriippuvasta arkkitehtuurista avoimeen verkkoarkkitehtuuriin, joka mahdollistaa eri laitevalmistajien komponenttien käytön älyverkkojen toteutuksessa. Vaikka avoimeen arkkitehtuuriin siirtyminen on ollut hidasta operaattorien painostus on tuottanut tulosta.
Älyverkon standardointia tekevä ITU-T (International Telecommunication Union, Telecommunication Standardization Sector) määrittelee älyverkkoarkkitehtuurille kaksi periaatetta, joita noudattamalla uusia palveluja on helpompi tuottaa. Arkkitehtuurin on oltava
palveluista riippumaton, mikä tarkoittaa, että uusien palvelujen käyttöönottoon ei saa liittyä kalliita arkkitehtuurimuutoksia,
tietoliikenneverkoista riippumaton ts. arkkitehtuurin ei pidä olla riippuvainen verkon fyysisestä rakenteesta tai vain tietyn valmistajan järjestelmistä.
Tarkoituksena on operaattorin voi vapaasti valita sopivan laitteiston tarvitsematta määritellä palvelua uudestaan mikäli verkon rakenne joskus muuttuu.
Euroopan ETSI (European Telecommunications Standards Institute) ja Yhdysvaltojen ANSI (American National Standards Institute) vaikuttavat ITU-T:hen siten, että saadaan nopeasti kehitettyä realistisia älyverkkostandardeja. Koska Yhdysvaltojen Bellcore (Bell Communications Research) on aloittanut älyverkkostandardoinnin se vaikuttaa vahvasti ANSI:n standardeihin. ETSI:n tarkoituksena on räätälöidä kansainvälisistä standardeista Eurooppaan soveltuvat versiot ja määritellä omat standardit alueilla, joilla tekniikan kehitys sitä vaatii.
CS-1 eli Capability Set 1 on ITU-T :n ensimmäinen vuonna 1992 julkaistu älyverkkostandardi. Mahdollisesti standardoimiskohteen laajuudesta johtuen ITU-T päätti rakentaa älyverkkojen standardoinnissa käytettävät Capability Set-suositukset vaihe kerrallaan eli CS-1:ssä määritellyt palvelut ovat melko yksinkertaisia ja kuluttavat vähän tietokonelaitteiston ja tietoliikenteen resursseja. Seuraavissa CS-suosituksissa ominaisuuksia lisätään askel kerrallaan. Uusien CS:ien on tarkoitus olla alaspäin yhteensopivia, jotta aiemmin tehtyjä älyverkkoratkaisuja ei tarvitse korjata tai purkaa.
Seuraavassa tarkastellaan ITU-T suositusten mukaisen Capability Set 1 standardin älyverkkoarkkitehtuuria ja sen rakennekomponentteja. Koska monet uudet älyverkkopalvelut vaativat ominaisuuksia, joita CS-1 standardi ei tue, älyverkkostandardoinnin mielenkiinto on kohdistunut CS-2 standardin julkistamiseen ja sen mahdollisuuksiin tukea uusia palveluja. Kuitenkin CS-1 standardin merkitys on suuri, koska se oli ensimmäinen ITU-T:n maailmanlaajuinen standardi, jonka pohjalta älyverkkopalveluja oli mahdollista toteuttaa aikaisempaa käytäntöä sujuvammin.
Palvelut voidaan jakaa kahteen päätyyppiin: puhelun käsittelyyn liittyvät palvelut (puhelun jonotus, osoitteen muunnos reititystä varten jne.) ja palvelujen hallintaan liittyvät palvelut (käyttäjäkohtaiset asetukset, tilastointi, laskutus jne.). Seuraavassa on luettelo CS-1 palveluista:
Abbreviated Dialling (ABD), Lyhytvalinta
Account Card Calling, (ACC), Puhelukortilla soitto
Automatic Alternative Billing (AAB), Automaattinen vaihtoehtoinen laskutus
Call Distribution (CD), Soiton jakelu (yksi soittonumero, useita vastaajia)
Call Forwarding (CF), Soitonsiirto
Call Rerouting Distribution (CRD), Soiton edelleenjakelu (tilanteenmukaiset äänitykset, reitityksen käyttö)
Completion of Call to Busy Subscriber (CCBS), Varatun puhelun yhdistäminen puhelun vapauduttua (CS-1 tukee palvelua vain osittain)
Conference Calling (CON), Ryhmäpuhelu (CS-1 tukee palvelua vain osittain)
Credit Card Calling (CCC), Luottokorttipuhelu
Destination Call Routing (DCR), Lähtöpaikkasidonnainen puhelun reititys
Follow-Me Diversion (FMD), Kohteen saavutettavuusilmoitukseen (puhelinsoitto) perustuva reititys
Freephone (FPH), Ilmaispuhelu
Malicious Calling Identification (MCI), Ilkivaltapuhelun tunnistus
Mass Calling (MAS), Suurivolyyminen soitonjakelu
Originating Call Screening (OCS), Lähtevien puhelujen tunnistus ja valikoiva ulospääsy
Premium Rate (PRM), Lisämaksullinen palvelu
Security Screening (SEC), Soittajan tunnistus suojaustason/prioriteetin mukaan
Selective Call Forwarding on Busy/Don't Answer (SCF), Valikoiva soitonsiirto vatarru/ei vastaa tapauksessa
Split Charging (SPL), Puhelun kustannusten jako
Televoting (VOT), Puhelinäänestys
Terminating Call Screening (TCS), B-tilaajan mukainen puhelunohjaus
Universal Access Number (UAN), Henkilökohtainen puhelinnumero
Universal Personal Telecommunications (UPT), Kansainvälinen henkilökohtainen tietoliikenne (pystyy muuttamaan numeroita, joihin itselle tulevat puhelut siirtyvät)
User-Defined Routing (UDR), Käyttäjän määrittelemä puhelun reititys
Virtual Private Network (VPN), Virtuaalinen puhelinverkko.
Älyverkon käsitteellinen malli (IN Conseptual Model) on tarkoitettu älyverkkoarkkitehtuurin suunnittelua ja kuvausta varten. Käsitemalli on keskitetty runko, johon standardoinnissa käytetyt mallit ja käsitteet voidaan kiinnittää (kuva 1). Mallissa on neljä tasoa, joista kukin esittää eri abstraktia näkymää älyverkon ominaisuuksista.
Kuva 1. Älyverkon käsitteellinen malli (IN Conseptual Model).
Ylin taso, palvelutaso (Service Plane, SP) esittää palvelusuuntautuneen näkymän, jossa ei ole lainkaan toteutukseen liittyvää tietoa ts. älyverkon toteutus ei ole näkyvissä. Palvelut kuvataan loppukäyttäjän näkökulmasta ja palvelutasolta selviää mistä palvelutoiminteista (Service Features, SF) palvelu koostuu. Palvelutoiminteita voidaan käyttää uudelleen muiden palvelujen kuvauksissa. Palvelutoiminne on joko palvelun peruskomponentti (esimerkiksi ilmaispuhelun vastaanottajan veloitus) tai valinnainen lisäkomponentti (esimerkiksi ilmaispuhelussa soittajan numeron selvitys).
Toinen taso, yleinen toimintataso (Global Functional Plane, GFP) esittää älyverkon yhtenä kokonaisena oliona. Se kuvaa yleiskäyttöiset palveluriippumattomat rakennusosat (Service Independent Building Blocks, SIB), yleisen peruspuheluprosessin (Basic Call Process, BCP), puhelun kytkemispisteen (Point Of Initiation, POI) ja purkamispisteen (Point Of Return, POR) peruspuheluprosessin ja SIB-ketjun välillä. Rakennusosat edustavat alla olevan toiminnallisen verkon perustoimintoja. Erityisrakennusosa BCP on yhteydessä muihin SIBeihin. Kukin palvelutoiminne määritellään yleisten palvelulogiikkojen (Global Service Logic, GSL) ja SIBien avulla. Yleinen palvelulogiikka kuvaa missä ja miten SIBit ovat vuorovaikutuksessa BCPn kanssa.
Taulukko 1. IN CS-1 SIB:it ja BCP.
Algorthm SIB Screen SIB Charge SIB Service Data Management SIB Compare SIB Status Notification SIB Distribution SIB Translate SIB Limit SIB User Interaction Log Call Information SIB Verify SIB Queue SIB Basic Call Process SIB
Kolmas eli hajautettu toimintataso (Distributed Functional Plane, DFP) esittää hajautetun näkymän älyverkon toiminnoista. Sen sisältämät toiminnalliset oliot (Functional Entity, FE) voivat suorittaa useita yksittäisiä toimenpiteitä, joita sanotaan toiminnallisen olion toimenpiteiksi (Functional Entity Actions, FEA). FEA on atominen toimenpideyksikkö, joka kokonaisuudessaan sisältyy yhteen toiminnalliseen olioon. Jokainen FEA koostuu yhdestä tai useammasta perustoiminnosta (Functional Entity, FE), jotka vuorostaan ovat FEAn atomisia yksiköitä.
Palveluriippumattomat rakennuslohkot, SIBit realisoituvat tällä tasolla FEA-ketjuna. Hajautetut palvelulogiikat kuvaavat SIBit FEA-ketjuina. Joidenkin SIBien toteutukset vaativat toiminnallisten olioiden välistä tietojensiirtoa. Tämä tietojensiirto toteutuu fyysisen tason INAP (IN Application Protocol) sovellusprotokollan avulla.
Kuvasta 2 havaitaan, että palvelut voivat jakaa saman palvelutoiminteen ja yksi palvelutoiminne voi koostua useista SIBeistä. Kun tarvitaan useampi kuin yksi toiminnallinen olio (esim. SSF, SCF, SDF), hajautetun toimintatason toiminnallisten olioiden toimintojen välillä esitetään tietovirrat.
Kuva 2. Palvelujen hajauttaminen.
Alin fyysinen taso (Physical Plane) määrittelee mitä fyysisiä olioita ja protokollia verkossa on. Tasolla määritellään myös mitkä toiminnalliset oliot toteutetaan missäkin fyysisissä olioissa (Physical Entity, PE).
Fyysiselle tasolle siirryttäessä edellisen tason toiminnalliset oliot määräävät fyysisen olion käyttäytymisen. Jokainen toiminnallinen olio on sijoitettava yhteen fyysiseen olioon ja jokainen fyysinen olio sisältää yhden tai useamman toiminnallisen olion.
Hajautettu toimintataso esittää kuvaamaan älyverkon toiminnallista arkkitehtuuria, jossa FEAt on ryhmitetty toiminnallisiksi alueiksi esimerkiksi palvelun kytkentäfunktio (Service Switching Function, SSF), palvelun ohjausfunktio (Service Control Function, SCF) jne., jotka kommunikoivat keskenään referenssipisteiden (kuvassa 3 referenssipisteet D, E ja F) kautta kulkevien tietovirtojen avulla.
Kuva B. ITU-T määrittelemä toiminnallinen älyverkkoarkkitehtuuri (hajautettu toimintataso Q.1211 mukaan).
Taulukko 2. Kuvan 3 lyhenteet
CCAF Call Control Agent Function SSF Service Switching Function SRF Specialised Resource Function SMF Service Management Function SCEF Service Creation Enviroment Function CCF Call Control Function SCF Service Control Function SDF Service Data Function SMAF Service Management Access Function
Älyverkon toiminnalliset oliot, esimerkiksi palvelun kytkentäfunktio SSF, voidaan jakaa useisiin fyysisiin olioihin (taulukko 3).
Taulukko 3. Toiminnallisten olioiden ja fyysisten olioiden yhteys (Q.1205).
SSF/CCF SCF SDF SRF SMF SCEF SMAF
SSP Mandator Optional Optional Optional
y
SCP Mandator Optional
y
SDP Mandator
y
IP Optional Mandator
y
Adjunct Mandator Mandator
y y
Service Mandator Mandator Mandator Mandator
Node y y y y
SSCP Mandator Mandator Mandator Optional
y y y
SMP Mandator Optional Optional
y
SCEP Mandator
y
SMAP Mandator
y
Taulukko 4. Taulukon fyysisten olioiden lyhenteet
SSP Service Switching Point SCP Service Control Point SDP Service Data Point IP Intelligent Peripheral SSCP Service Switching and Control Point SMP Service Management Point SCEP Service Creation Enviroment Point SMAP Service Management Access Point
Seuraavissa kappaleissa on joidenkin taulukossa mainittujen olioiden kuvaukset. Kuvassa 4 on yksi mahdollinen älyverkkokonfiguraatio, missä kukin toiminnallinen olio on kuvattu suoraan fyysisenä oliona.
Kuva 4. Eräs älyverkkoarkkitehtuuri.
Palvelun kytkentäpiste (Service Swithing Point, SSP) käsittää puhelun valvontafunktion CCF ja palvelun kytkentäfunktion SSF (kuva 5). CCF tarjoaa puhelujen kytkennän peruspalvelut. SSF on liitetty CCFn yhteyteen ja tarjoaa liittymän älyverkon muihin fyysisiin olioihin esimerkiksi palvelun valvontapisteeseen SCP ja älyverkon oheislaitteisiin (Intelligent Peripheral, IP).
Taulukon 3 mukaan SSP voi valinnaisesti sisältää palvelun valvontafunktion SCF, erityisresurssifunktion SRF tai palvelun tietofunktion SDF. Jos SSP on paikallinen keskus, se sisältää myös puhelunvalvonnan agentti funktion (Call Control Agent Function, CCAF).
Palvelupuhelujen hallinnan keskittäminen palvelun valvontapisteeseen SCP mahdollistaa puhelun kytkentätapahtuman hetkellisen keskeytyksen, kunnes esimerkiksi palvelun tietokannasta SDP on haettu puhelun käsittelyohjeet. Puhelun käsittelyn keskeytys perustuu ennalta-asetettujen ehtojen eli triggerien (esimerkiksi tietty numerovalinta tai linjan jokin tila) laukeamiseen tietyissä puhelun käsittelyvaiheissa. Kuvasta 4 havaitaan, että SSP toiminnallisuus voidaan toteuttaa sekä paikallisiin vaihteisiin että kauttakulkuvaihteisiin, joskin niissä käytetyt triggerit ovat erilaiset.
Kuva 5. Palvelun kytkentäpiste SSP.
Älyverkon puhelumalli (IN Call Model)
Erotettaessa puhelun ohjaus SSPn puhelinvaihteesta ohjausjärjestelmä tarvitsee puhelulle referenssimallin, joka mallittaa palvelulogiikan tarvitsemat herätteet ja puhelinvaihteelle annettavat ohjauskäskyt. Tätä mallia sanotaan älyverkon puhelumalliksi (IN call model).
Puhelumalli perustuu puhelun tilamalliin (Basic Call State Model, BCSM), puhelun eri vaiheet määritellään puhelun tilojen (Points In Call, PIC) ja tilamuutosten havaintopisteiden (Detection Points, DP) avulla. Puhelun tilamallit BCSM ovat tulevan johdon (Originating BCSM, O_BCSM) ja lähtevän (Terminating BCSM, T_BCSM) johdon ääreellisiä tilakoneita.
Palvelun ohjauspiste SCP on tietokonejärjestelmä, jossa on älyverkkopalvelujen ohjausohjelmistot (palvelulogiikat). SCP tietokonejärjestelmältä vaaditaan suurta käsittelytehoa, korkeaa luotettavuutta/käytettävyyttä, nopeita vastausaikoja ja suuritehoista yhteyttä tiedonhallintajärjestelmään. SCP on tavallisesti huipputehokas reaaliaikajärjestelmä, jossa on SCP solmun varusohjelmisto ja palvelulogiikan ajoympäristö Service Logic Execution Environment, SLEE. SCP solmun varusohjelmisto käsittää merkinantojärjestelmätuen, tiedonhallinnan tietoliikenteen, tapahtumankäsittelyn ja hälytysraportoinnin.
Palvelulogiikka on koottu vakiomuotoisista ohjelmiston rakennelohkoista palvelujen kehitysympäristössä Service Creation Environment, SCE. Hallintajärjestelmän tehtävänä on valmiiden palvelulogiikkojen asentaminen televerkkoon.
SCP voidaan yhdistää keskuksiin (SSP) monella tavalla esimerkiksi signalointiverkolla tai ns. adjunct prosessorina, joka käyttää nopeaa tiedonsiirtokanavaa..
Palvelusolmu voi tarjota älyverkkopalveluja ja joustavia vuorovaikutusmahdollisuuksia käyttäjille. Se kommunikoi suoraan yhden tai useamman keskuksen (SSP) kanssa käyttäen point-to-point signalointi- ja puhekanavayhteyksiä. Palvelusolmu sisältää seuraavat funktiot: SCF, SSF, SDF ja SRF. Se tarjoaa monikäyttöisiä integroituja resursseja esimerkiksi ääniviestimiä, puheen ja DTMF-näppäinten tunnistimia, joita voidaan käyttää puhelun aikana ja jakaa samanaikaisesti usean keskuksen (SSP) kanssa.
Verkon reuna-alueille hajautettu palvelusolmu on vaihtoehtoinen ratkaisu keskitetylle SCPlle ja verkon IP oheislaitteille. Palvelusolmua käytetään verkon reuna-alueella lähipalvelujen esimerkiksi puhepostin toteutukseen.
Älykkäät oheislaitteet IP tarjoavat monia erityistoimintoja (Specialised Resource Function, SRF). IP voi lisäksi sisältää SSF/CCF voidakseen kytkeytyä toisiin IP oheislaitteisiin. Esimerkkejä IP resursseista ovat:
asiakaskohtaiset ketjutetut äänitteet,
DTMF numeroiden keruu,
puhesyntetisoija ja puheentunnistus,
konferenssikytkennän siltaus,
informaation jakelun siltaus,
äänigeneraattori,
protokollamuunnin,
tekstin syntetisointi puheeksi.
IP voidaan kytkeä yhteen tai useampaan vaihteeseen mahdollistaen kalliiden erityisresurssien tehokkaan yhteiskäytön. IPn sijainti verkossa riippuu monista tekijöistä esimerkiksi kustannuksista, palvelun operoinnista ja suoritstehosta.
Signalointiverkkoa käytetään älyverkon eri komponenttien väliseen kommunikaatioon ja välittämään ohjausinformaatiota älyverkon osien (SCP, SSP, SDP ja IP) kesken. Älyverkon sovellusprotokolla INAP tarjoaa standardoituja sanomia älyverkon palvelupisteiden (SCP, SSP, SDP ja IP) välille. INAP protokolla käyttää yhteydetöntä tapahtumankäsittelypalvelua (Transaction Capabilities, TC) ja signalointijärjestelmä SS#7:n SCCP (Signalling Connection Control Part). INAP on kuvattu ASN.1 kielellä suosituksessa ITU-T Q.1218 ja ETSIn Core-INAP standardissa.
ITU-T:n CS-1 määrittelyyn ei sisälly yksityiskohtaisia standardeja palvelun kehitysympäristön funktiosta (Service Creation Environment Function, SCEF), mutta se yksilöi funktion ja sen yhteydet muihin funktioihin esimerkiksi palvelun hallintafunktioon Service Management Function, SMF.
Palvelujen luontiympäristö SCE tarjoaa työkalut uusien palvelujen nopeaan luontiin käyttäen oliosuuntautunutta ohjelmointitekniikkaa ja uudelleenkäytettäviä rakennusosia, joita hallitaan graafisen käyttöliittymän avulla. Edelleen on tarjolla palvelujen simulointia ennen niiden realisointia.
SCE työkalujen avulla uuden palvelun vaatimaa suunnitteluaikaa voidaan lyhentää huomattavasti verrattuna vastaavan palvelun toteutukseen puhelinvaihteeseen. Tämä luonnollisesti edellyttää, että SCE työkaluissa käytetään perusteellisesti testattuja rakennuslohkoja.
Tällä hetkellä palvelunkehitysympäristöt ovat melko vahvasti sidoksissa toimittajien omiin arkkitehtuuriratkaisuihin.
Palvelunhallintajärjestelmiä ei ole myöskään standardoitu ITU-T:n CS-1 suosituksissa. Standardointijärjestöt tutkivat parhaillaan älyverkkoarkkitehtuurin ja televerkon hallintajärjestelmän TMN (Telecommunications Management Network) standardien yhteensovittamista.
Palvelujen hallintajärjestelmä, joka on yhdistelmä palvelujen hallintafunktiosta (Service Management Function, SMF) ja käyttöfunktiosta (Service Management Access Function, SMAF) tarjoaa käytön tukijärjestelmän (Operations Support System) palvelujen hallintaan, asennukseen, SCPssä ja palvelutietokannassa olevien asiakastietojen ylläpitoon.
[BTTJ95] Abernethy, T.W., Munday, A.C., Intelligent networks, standards and services. BT Technology Journal, vol. 13 no. 2, 1995.
[GARR93] Garrahan, James J., et al., Intelligent Network Overview. IEEE Communications Magazine, March 1993.
[MART95] Martikainen, Olli, et al., Tutorial on Intelligent Networks. IFIP in '95 Conference, Copenhagen, 28.-31.8.1995.
[KUNG95] Kung, R., Paul, E., The Intelligent Network. Commutation & Transmission, no. 2, 1995.
