We wczorajszym tekście dotyczącym roli Orange jako operatora operatorów skupiłem się na urządzeniach niezbędnych do łączenia rozmów międzyoperatorskich i trybach realizacji takich w ramach sieci TDM. Dzisiaj będzie o sieci IP i sygnalizacji. Dodam też kilka słów o transferze połączeń poprzez sieć Orange.

Zacznijmy od sieci IP. Tutaj sprawa jest nieco łatwiejsza. Rozmowy przez telefon stacjonarny stają się po prostu kolejną aplikacją w sieci komputerowej. O tym w jaki sposób urządzenia które macie w domu łączą się z naszą siecią IP już pisałem, więc ograniczę się do podania linków – tutaj znajdziecie informacje o sygnale biegnącym po miedzi, a tutaj o światłowodzie. Przejdziemy więc od razu do samych połączeń między sieciami. Na początku jest oczywiście jeden z serwerów. Później sygnał biegnie do urządzenia opatrzonego angielską nazwą Session Border Controller (SBC) , które zabezpiecza sieć szkieletową przed nieupoważnionym ruchem, głównie dzięki temu, że zabezpiecza on topologię sieci i konwertuje sygnalizację. Gdy już ten element mamy za sobą tradycyjnie już informacja przechodzi przez ruter brzegowy Orange Polska, następnie ruter brzegowy innego operatora i poprzez jego SBC do sieci IP.

Jak łączą się sieci dwóch operatorów?

Tutaj również można rozróżnić kilka trybów realizacji połączenia. Może być to Łącze dedykowane, czyli kabel światłowodowy, łączący bezpośrednio rutery Orange i innego operatora. To rozwiązanie bez wątpienia najbezpieczniejsze. Drugim z trybów jest Sieć VPN, w ramach której korzysta się z już istniejącego światłowodu należącego do trzeciego operatora. Można przyłączyć się do rutera MPLS. Można także dokonać przyłączenia do urządzenia SDH (ang. Synchronous Digital Hierarchy, Synchroniczna Hierarchia Systemów Cyfrowych). Tego typu rozwiązanie stosuje się w sytuacji, w której nie mamy możliwości połączenia światłowodu między ruterami brzegowymi Orange i innego operatora. Teoretycznie można także połączyć sieci dwóch operatorów poprzez… internet, co jest rozwiązaniem tanim, lecz niestosowanym w połączenia między operatorami w Polsce, z uwagi na wysokie ryzyko.

Do czego służy sygnalizacja?

A więc o co chodzi z sygnalizacją? W telegraficznym (znowu) skrócie to to zbiór protokołów definiujących transmisję komunikatów pomiędzy urządzeniami (centralami) oraz sieć (urządzenia i łącza sygnalizacyjne) dedykowana do ich przesyłania, w tym dla potrzeb zestawiania połączeń głosowych. A nieco szerzej to kanał do „dyskusji” między urządzeniami, bez którego nie mogłyby dogadać się na temat tego jak zestawiać nasze rozmowy. Pamiętacie, gdy kiedyś zapisałem fragment „rozmowy” urządzeń negocjujących kodeki? Chodzi o podobną komunikację między urządzeniami.  Pozostałymi kanałami, jak pewnie pamiętacie z poprzedniego tekstu biegną rozmowy, ale ten jeden musi pozostać do dyspozycji dla urządzeń – zarówno centrali, jak i urządzeń abonenckich. Część sterująca sygnalizacji umieszczona jest w elementach centralowych, gdzie znajdują się specjalnie do tego przygotowane moduły sygnalizacyjne oraz niezależne od central urządzenia sterujące sygnalizacją STP, czyli Signaling Transfer Point, który znacie już z grafiki, która pojawiła się w poprzednim tekście.

Jak możecie się domyśleć, stosowane technologie determinują również metody sygnalizacji . W przypadku TDM używana jest sygnalizacja Nr 7, nazywana też SS7, C7. Oznacza to, że poprzez jedną z wydzielonych szczelin WŁM przepływa wyłącznie sygnalizacja. Najczęściej jest to szczelina 16 z 31 dostępnych.  W przypadku technologii VoIP w sieciach IP stosuje się sygnalizację SIP. Dla sygnalizacji SIP dostępne jest całe pasmo między ruterami bez żadnych ograniczeń .

Gdzie jest mój numer?

Ok, napisałem już trzy strony tekstu o łączeniu rozmów, ale nadal nie ma słowa o tym w jaki sposób sieci identyfikują numer znajdujący się w innej sieci. Jak wiecie w sieci stacjonarnej można nas zidentyfikować po naszym numerze. Wiecie też pewnie, że każdy numer zaczyna od prefixu, który zależy od geograficznego położenia Waszego telefonu. Istnieje 49 stref numeracyjnych. Warszawa ma prefix 22, Kraków 12, a moje rodzinne Opole 77. To pamiątka jeszcze po sieci TDM, jednak w sieci VoIP niewiele się zmieniło. Ciekawostką jest to, że w Polsce jest nieco numerów, które działają w ramach sieci VoIP, lecz nie są ponumerowane zgodnie z „kluczem geograficznym”.

Wprowadzenie możliwości przenoszenia numerów między operatorami nieco zmieniło sytuację. Od tej pory każdy z operatorów prowadzi ewidencję abonentów, którzy przenieśli numer do innego operatora. Zasila nią bazę numeracji przeniesionej zwaną PLI_CBD udostępnianą przez UKE. W efekcie, przy zestawianiu połączeń trzeba najpierw sprawdzić  w bazie, czy abonament, do którego chcemy się dodzwonić nie zmienił operatora. Jeżeli zmienił, przekierowuje się połączenie do sieci operatora, u którego dany abonent ma numer. W sieci IP (mobilna i VoIP) stosuje się metodę All Call Query (ACQ), w której rzeczywiście ma miejsce dynamiczne odpytywanie bazy o lokalizację abonenta B. To metoda wygodniejsza ale wymaga interfejsów do bazy, które łatwiej zbudować gdy sieć ma kilkanaście elementów  niż jak to w przypadku TDM kilkaset.

Pozostał nam jeszcze jeden element układanki – tranzyt rozmów poprzez sieć Orange Polska. Jak wiecie z poprzedniego tekstu to 18% całego ruchu głosowego w naszej sieci stacjonarnej. Jako, że wszystkie elementy łączenia rozmów między operatorami teraz będzie już łatwiej. Rozmowa wychodzi od operatora A, do którego podłączony jest abonent, rozpoczynający rozmowę. Następnie sygnał przelatuje przez jego centralę i pędzi poprzez WŁM, do centrali Orange Polska. Później sygnał kieruje się już w sieci Orange czasem przechodząc w tym czasie nawet przez kilka central do centrali „brzegowej”. Ona z kolei kieruje połączenie do jednej z nawet kilkunastu WŁM i dalej do operatora B, w którego sieci jest osoba, do której dzwonimy. I wszystko. Proste, prawda?

Mam nadzieję, że powrót cyklu dotyczącego technicznych aspektów naszej sieci się Wam spodobał. Na wszystkie pytania i wnioski postaram się odpowiedzieć w komentarzach 😉 Polecam też wcześniejsze części cyklu, a także słowniczek.

Zdumiałem się, gdy dowiedziałem się, że aż 18% całego ruchu sieci stacjonarnej Orange Polska stanowią połączenia pomiędzy klientami innych operatorów. Najczęściej zdarza się to, gdy sieci nie stykają się ze sobą, może być to jednak też decyzja biznesowa. Oznacza to, że każdego dnia około 9 mln minut rozmów telefonicznych dziennie przechodzi tranzytem przez sieć Orange na drodze między dwoma innymi operatorami. Warto jeszcze dodać do tego, że nieco ponad 80% całego ruchu głosowego w sieci stacjonarnej Orange stanowią rozmowy z udziałem innych operatorów. To 39 mln minut rozmów w ciągu dobry.

W swoich tekstach o sieci telefonię stacjonarną zostawiłem nieco z boku, skupiając się na bardziej „nowoczesnych” elementach – transferze danych w sieci mobilnej – 2G, 3G a także 4G, sieci szkieletowej ROADM czy IP. Było także dużo o światłowodzie. Ale w gruncie rzeczy wielu z nas w dalszym ciągu korzysta z takiego „prehistorycznego” (celowo piszę w cudzysłowie) urządzenia, jak telefon stacjonarny. Sieć stacjonarna to jak się okazało niezwykle ciekawy temat, a same łączenie rozmów międzyoperatorskich wymagało, dwóch tekstów. Dzisiaj będzie pierwszy z nich, kolejny – jutro.  Oczywiście ten tekst nie powstałby bez wsparcia kolegów zajmujących się jakością sieci.

Jako, że ostatnie lata to okres bardzo szybkiego rozwoju technologii telekomunikacyjnych opiszę zarówno rozwiązania w ramach nieco starszej, lecz nadal stosowanej technologii TDM oraz technologii IP. A więc do dzieła. Zaczynamy od grafiki, która będzie dobrym wstępem do reszty tekstu.

Wyjaśnienie wszystkich zawartych w graficie elementów znajdziecie w tekście poniżej, a także jutro. Dzisiaj będzie przede wszystkim o technologii TDM. Jutro zajmę się odpowiednimi rozwiązaniami w technologii IP, sygnalizacją, tranzytem poprzez sieć Orange i kilkoma innymi „detalami”.

Od telegrafu do łączy międzyoperatorskich

TDM, czyli Time-division multiplexing, to technologia, która powstała jeszcze w XIX w. na potrzeby telegrafu, a później była twórczo rozwijana w sieciach telefonicznych praktycznie aż do początku XXI w. W telegraficznym (nota bene) skrócie, metoda ta daje możliwość przesyłania wielu sygnałów jednym kanałem dzięki podzieleniu go na szczeliny czasowe.  Każda z nich może przenosić  np. jedną rozmowę między abonentami. I zacznę właśnie od opisu sytuacji w przypadku takiego właśnie rozwiązania sieciowego.
Jednak nie piszemy tu o technologii, tylko o łączeniu rozmów międzyoperatorskich. Zacznijmy od telefonu. Jest on połączony do centrali operatora, który obsługuje dany numer, załóżmy, że chodzi o Orange. Kolejnym urządzeniem jest przełącznica Orange Polska. To pasywne urządzenie pośredniczące między centralą, a teletransmisją. Kolejnym elementem jest wiązka łączy międzysieciowych, w skrócie WŁM. Jest to łącze logiczne (można by dziś powiedzieć wirtualne) spinające bezpośrednio centrale obu operatorów wykorzystując wspomnianą teletransmisję. A teraz będzie jeszcze trudniej!

Otóż w teorii jest to po prostu światłowód, łączący sieci dwóch operatorów, jednak diabeł jak zwykle tkwi w szczegółach. Jak to określili koledzy, którzy pomagali mi pisać ten tekst „jest to struktura warstwowa”. Pierwszą warstwą jest wspomniany światłowód, którym przebiega światło, transferowane na obu końcach na sygnał elektryczny. Znacznie ważniejsza, dla poprawnego działania transferu jest warstwa druga – transportowa. Są to urządzenia teletransmisyjne, służące zorganizowanemu wedle określonego standardu przesyłaniu sygnałów elektrycznych, zamianie ich na sygnały optyczne, gdy te są wpuszczane do światłowodu oraz w drugą stronę, gdy opuszczają „światełko”.  I teraz w oparciu o te urządzenia tworzy się łącza logiczne, czyli takie, którymi może przebiegać sygnał zrozumiały dla urządzeń na obu końcach światłowodu.

Można to porównać do sytuacji w której dwie osoby nocą w górach dają sobie znaki latarką – mają pewien sposób przekazywania informacji – światło, w jednym przypadku biegnące w powietrzu, w drugim w światłowodzie. Mają także urządzenia do nadawania – są to latarki, oraz kontrolery tych urządzeń – palce na włączniku. Jednak do momentu, gdy nie obaj nasi bohaterowie (lub bohaterki) nie będą znały jakieś metody komunikacji, na przykład alfabetu Morse’a mogą sobie mrugać do rana, a i tak nic z tego nie wyniknie. W sieci telekomunikacyjnej jest podobnie – wszystko zyskuje sens, gdy urządzenia nawzajem się rozumieją.

A więc zbudowaliśmy owo łącze logiczne, nazywane strumieniem E1, którego przepływność wynosi 2 Mb/s. Oczywiście przepływność samego światłowodu jest znacznie większa, jednak zależy ono tutaj nie od światłowodu, lecz od łącza logicznego. Wracając do przykładu z latarką – Ci z pośród Was, którzy próbowali nadawać Morse’em wiedzą pewnie, że przekazanie sygnału trwa nieco czasu, nawet harcerzom z odpowiednią specjalnością. Jest tak, nawet pomimo tego, że w teorii sygnał można by nadawać znacznie szybciej – skrócić długość sygnałów, zredukować odstępy itp. Ale wtedy mogłoby się okazać, że nie nadążamy za notowaniem… Wracając do świata telekomunikacji. Gdy już mamy łącze logiczne E1, kolejnym krokiem jest wpięcie go do centrali i wykreowanie w niej portu o tej samej przepływności, czyli 2 Mb/s. Dopiero od tego momentu centrale mogą się wiedzieć. Każde z łączy E1 podzielono na 31 kanałów i dopiero z nich buduje się WŁM. Każdy z kanałów przenosi jedno połączenie/rozmowę między abonentami. WŁM może mieć przepustowość od 1 kanału do kilku tysięcy kanałów w pojedynczej WŁM (to zależy od liczby wykorzystanych E1). W praktyce bardzo rzadko działają WŁM o przepływności ponad 1 tyś kanałów.

Oczywiście na jedno połączenie pomiędzy sieciami, fachowo nazywane PSS – Punkt Styku Sieci może się składać więcej niż jedna WŁM. Możecie się także spotkać ze skrótem FPSS, którego rozwinięcie oznacza Fizyczny Punkt Styku Sieci. Jeżeli trochę poszperacie w internecie znajdziecie nawet adresy tych miejsc 😉 Zwykle PSS dysponuje w jednym z WŁM łączem sygnalizacyjnym umieszczonym w 16 szczelinie. Do tematu łącza sygnalizacyjnego, jak już zapowiadałem wrócę w jutrzejszym tekście. Kolejnym urządzeniem w ciągu jest przełącznica po stronie drugiego operatora. Następnie, analogicznie jak po stronie Orange sygnał biegnie przez centralę drugiego z operatorów do telefonu osoby, do której dzwonimy. Ciekawostka – WŁM jest w skali kraju bardzo dużo, blisko dwa tysiące.

Jak spotykają się dwie sieci?

Połączenie może być zestawione w ramach jednego z 5 trybów, które jednak mocno różnią się między sobą głownie rolą sieci Orange w procesie. Bo co tu dużo pisać  – to właśnie sieć Orange zapewnia styk pomiędzy sieciami innych operatorów telefonicznych w Polsce, więc procedury które stosuje się w naszym kraju dotyczą właśnie naszej sieci. Pierwszy z trybów – Tryb Kolokacji w którym drugi z operatorów zapewnia całą infrastrukturę telekomunikacyjną, między własną Siecią, a odpowiednim węzłem w sieci Orange. W takiej sytuacji punkt styku znajduje się w budynku Orange. Drugi – Tryb Łącza Dedykowanego polega na zapewnieniu przez Orange łączy pomiędzy węzłem własnej sieci, a węzłem sieci drugiego z operatów. Trzeci – Tryb Połączenia Liniowego, polega na połączeniu włókien światłowodowych kabla Orange z włóknami światłowodowymi kabla biegnącego do Sieci drugiego z operatorów. Kolejnym jest Tryb Realizacji Połączenia Sieci, zakładający fizyczne połączenie urządzeń drugiego operatora z urządzeniami Orange. Ostatnim jest Tryb Sieci Szkieletowej, polegający na udostępnieniu przez Orange na potrzeby innego operatora z tego trybu, łączy 2 Mbit/s pomiędzy uruchomionym FPSS i wieloma PDU. Skoro już pojawił się skrót PDU to tylko dodam, że oznacza on Punkt Dostępu do Usługi , czyli miejsce, w którym inny operator uzyskuje dostęp do sieci Orange Polska. W  miejscu  tym  jest  możliwa  wymiana  i rejestracja  ruchu  telekomunikacyjnego  i  sygnalizacji międzysieciowej.

I na tym skończymy na dzisiaj. Sądzę, że dwie strony tekstu mogą być nieco męczące. W kolejnym odcinku, już jutro, będzie o sieci IP, sygnalizacji, tranzycie przez sieć Orange Polska oraz identyfikacji abonenta i jego rozmów w sieci. A jeżeli chcecie znaleźć odpowiedź na pytanie: „Jak łączy się rozmowy w sieci mobilnej?” zapraszam do tego tekstu.