Puhelinverkon osat, arkkitehtuuri, numerointi Raimo Kantola raimo.kantola@hut.fi 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 verkko- elementit - keskukset - reitittimet 118, 110, 188 Matemaattinen Teoreettinen Mallinnus Arkkitehtuurit ja verkkotopologiat Mekanismit - merkinanto - reititys - tekniikat ATM, TCP/IP, 802.xx - jonomenetelmät - signaalinkäsittely 122, 164, Liik.teoriat, 188, 110 Rkantola/23.8.00/s38.118 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 vastuu- raja keskitin katu- jakamo pääkeskus talo- ulkomaan- keskus 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 ISC ISC ISC ISC ISC TC SC PC LE LE - paikalliskeskus PC - primaarikeskus TC - tertiaarikeskus ISC - kansainvälinen keskus 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 5 5

Televerkkoa voidaan tarkastella kerroksittain OSI 7 3 2 1 Palvelujärjestelmät Älyverkon komponentit, puheposti, ... Välitysjärjestelmät Keskukset, keskittimet, vaihteet Siirtojärjestelmät PDH, SDH, WDM, xDSL, BSS/GSM, Radiolinkki, Ristikytkentälaite ... Siirtoyhteydet Kuparikaapelit, valokuidut, radiotie, ... Rkantola/23.8.00/s38.118 6

Avainkysymyksiä eri kerroksilla ovat Erottuminen joukosta, palveluiden nopea kehitys ja käyttöönotto, uudet palveluarkkitehtuurit yhteensopivuus, laskutus Palvelujärjestelmät Verkkojen mitoitus ja suunnittelu, reititys/väylöitys, yhteistoiminta (merkinanto), laskenta, liikkuvuus piirikytkentä ja pakettikytkentä Välitysjärjestelmät Siirtojärjestelmät Maantieteellinen peitto, suuri kapasiteetti (kanavointi), Radiokaistan tehokas käyttö, radioverkkosuunnittelu Siirtoyhteydet Pääsy (right of way), pitkä ikä, olemassa olevien yhteyksien tehokkaampi hyödyntäminen, paikalliskilpailu/luonnollinen monopoli Rkantola/23.8.00/s38.118 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 15 11 15 15 15 15

Suosittu televerkon rakenne muodostuu useista tähdistä ja oikojohdoista 524xxx 345xxx 411xxx 412xxx 544xxxx 602xxxx Alun perin numerointi on sidottu topologiaan => väylöitys on helppoa oikojohto Rkantola/23.8.00/s38.118 11 16 12 16 16 16 16

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 9

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 17 13 17 17 17 17

Suunta on kohti suurempia keskuksia Esim Soneran lankaverkko n. 500 keskuksesta n. 40:een 1990-luvulla 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 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 SCE SMS SDP SCP SSP Puh. ohj keskus Rkantola/23.8.00/s38.118 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) 00 990 994 + …. 1 44 34 358 ... 9 50 40 ... Syntaksi on suurin piirtein: _ _ _ ABCdefgh 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 MML-komennoilla reittisuunnitelman perusteella Rkantola/23.8.00/s38.118 21

Puhelinkeskuksen numeroanalyysipuu liittää väylöityksen signaloinnista saatavaan tietoon ABC - suunta ABCd - lyhin tilaajanumero ABCdefgh - pisin tilaajanumero A Buckets B C d Bucket-tiedosto kuvaa reititys- vaihtoehdot, joista valinta suori- tetaan lähinnä resurssien varaus- tilan mukaan e f g Lisäksi tulosuunta voi vaikuttaa analyysin alkupisteen valintaan ja voidaan tehdä numeromuunnoksia ennen reitin valintaa. Noodit d,e,f,g,h tarvitaan numeropituudesta ja solmusta riippuen h Rkantola/23.8.00/s38.118 22 11 12 13 13 14

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 ==> 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%. x Jatkamalla laskua on helppo näyttää, että kaikkien 8 nron analysointi ei ole tilaongelma! Rkantola/23.8.00/s38.118 23