Telekomunikační a informační systémy

Transkript

1 FAKULTA ELEKTROTECHNIKY A KOMUNIKAČNÍCH TECHNOLOGIÍ VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ Telekomunikační a informační systémy Garant předmětu: Ing. Pavel Šilhavý, Ph.D. Autoři textu: Ing. Pavel Šilhavý, Ph.D. BRNO * 2014 Vznik těchto skript byl podpořen projektem č. CZ.1.07/2.2.00/ Evropského sociálního fondu a státním rozpočtem České republiky.

2 2 FEKT Vysokého učení technického v Brně Autor Ing. Pavel Šilhavý, Ph.D. Název Telekomunikační a informační systémy Vydavatel Vysoké učení technické v Brně Fakulta elektrotechniky a komunikačních technologií Ústav telekomunikací Technická 12, Brno Vydání první Rok vydání 2014 Náklad elektronicky ISBN Tato publikace neprošla redakční ani jazykovou úpravou

3 Telekomunikační a informační systémy 3 Obsah ÚVOD ÚVOD DO PROBLEMATIKY TELEKOMUNIKAČNÍCH SYSTÉMŮ ÚVOD DO SPOJOVACÍCH SYSTÉMŮ A JEJICH GENERAČNÍ VÝVOJ TELEFONNÍ PŘÍSTROJE TELEKOMUNIKAČNÍ SÍTĚ A JEJICH GENERAČNÍ VÝVOJ POBOČKOVÉ TELEFONNÍ ÚSTŘEDNY DRUHY ROZHRANÍ POBOČKOVÝCH ÚSTŘEDEN ČÍSLOVACÍ PLÁN V PBX, VOLÁNÍ Z A DO VEŘEJNÉ SÍTĚ SMĚROVÁNÍ HOVORŮ V PBX SLUŽBY PBX TARIFIKACE V PBX VÝROBCI PBX, POPIS VYBRANÝCH PBX A JEJICH KONFIGURACE POBOČKOVÉ TELEFONNÍ ÚSTŘEDNY S OTEVŘENÝM KÓDEM PBX ASTERISK PBX FREESWITCH PBX YATE ÚČASTNICKÉ SADY, PŘENAŠEČE, HW PRO OPEN SOURCE PBX PŘEHLED VYUŽITÍ ÚČASTNICKÝCH SAD A PŘENAŠEČŮ V PBX ZAČLENĚNÍ ÚČASTNICKÉ SADY VE VEŘEJNÝCH ÚSTŘEDNÁCH FUNKCE ÚČASTNICKÉ SADY INTEGROVANÉ OBVODY PRO REALIZACI ÚČASTNICKÝCH SAD ÚČASTNICKÁ SADA ISDN BRI 2B+D PŘENAŠEČ E SIGNALIZACE U NA ANALOGOVÉM ÚČASTNICKÉM ROZHRANÍ IMPLEMENTACE ÚČASTNICKÝCH SAD A PŘENAŠEČŮ V OPEN SOURCE PBX PSTN SIGNALIZACE HISTORIE SÍŤOVÝCH SIGNALIZACÍ OBECNÝ DIAGRAM SIGNALIZACE ANALOGOVÉ SIGNALIZACE DIGITÁLNÍ SIGNALIZACE PŘEHLED SIGNALIZACE CAS S R2 KÓDEM SIGNALIZACE CCS CCS SIGNALIZACE SS VOIP SIGNALIZACE PŘEHLED VOIP PROTOKOLŮ PROTOKOL SIP PROTOKOL H PROTOKOL IAX PROTOKOL MGCP VOIP PROTOKOLY PRO VAZBU NA SS PROPRIETÁRNÍ VOIP PROTOKOLY PŘENOS DTMF VE VOIP TELEFONII... 90

4 4 FEKT Vysokého učení technického v Brně 6.9 PŘENOS FAXU VE VOIP TELEFONII ENUM NAT A VOIP TELEFONIE IP TELEFONIE ZAJIŠTĚNÍ KVALITY A BEZPEČNOSTI METODY HODNOCENÍ KVALITY HOVORU KODEK ZPOŽDĚNÍ, ZMĚNA ZPOŽDĚNÍ A ZTRÁTOVOST PAKETŮ HOVOROVÁ OZVĚNA ECHO ZAJIŠTĚNÍ QOS PRO VOIP DIMENZOVÁNÍ ŠÍŘKY PÁSMA PRO VOIP PROVOZ BEZPEČNOST VOIP TECHNOLOGIE VEŘEJNÉ TELEFONNÍ ÚSTŘEDNY V NÁRODNÍ SÍTI, ČÍSLOVACÍ PLÁN ÚSTŘEDNA SIEMENS SYSTÉM EWSD ÚSTŘEDNA ALCATEL 1000 SYSTÉM S ČÍSLOVACÍ PLÁN SMĚROVÁNÍ TÍSŇOVÝCH HOVORŮ SMĚROVÁNÍ MEZINÁRODNÍCH HOVORŮ A HOVORŮ MEZI OPERÁTORY PŘENOSITELNOST ČÍSEL SLUŽBY PBX OMEZENÍ OPRÁVNĚNÍ SLUŽBY SOUVISÍCÍ SE SMĚROVÁNÍM HOVORU SLUŽBY PBX V PRŮBĚHU HOVORU AUTOMATICKÁ DISTRIBUCE PŘÍCHOZÍCH HOVORŮ INTERAKTIVNÍ HLASOVÁ ODEZVA SPOJOVACÍ POLE METODY ODDĚLENÍ OKRUHŮ KONTAKTY A SPÍNAČE POMĚR POČTU PŘÍCHODŮ A VÝCHODŮ, SMĚROVOST SPOJOVACÍCH POLÍ DOSTUPNOST SPOJOVACÍHO POLE POČET ČLÁNKŮ, VNITŘNÍ BLOKOVÁNÍ TEORIE HROMADNÉ OBSLUHY ČÁSTI OBSLUHOVÉHO SYSTÉMU KLASIFIKACE OBSLUHOVÝCH SYSTÉMŮ PARAMETRY OBSLUHOVÝCH SYSTÉMŮ A JEJICH CHARAKTERISTIKA MODELY ODHADU PROVOZU, ODMÍTNUTÍ A ČEKÁNÍ ERLANGOVA ROVNICE ERLANGOVA ROVNICE SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY REJSTŘÍK

5 Telekomunikační a informační systémy 5 Úvod Předmět Telekomunikační a informační systémy je volitelný v magisterském studijním oboru Telekomunikace a informatika (TIT). Svým obsahem navazují na řadu povinných i volitelných předmětů tohoto oboru a bakalářského oboru Teleinformatika. Jedná se zejména o předměty Přístupové a transportní sítě, Multimediální služby, Služby telekomunikačních sítí, Komunikační prostředky mobilních sítí a řadu dalších. Cílem předmětu je doplnění oboru o předmět spojující předměty věnované dnes již klasické telefonii na bázi TDM a progresivní technologii VoIP. Předmět je tedy zaměřen na konvergované telekomunikace. Rovněž si klade za cíl seznámit studenty jak s ústřednami tradičních výrobců, tak progresivními pobočkovými ústřednami (PBX) s otevřeným kódem (Open Source PBX), z nichž nejznámější je pobočková ústředna Asterisk. PBX Asterisk byla proto vybrána jako demonstrační příklad implementace jednotlivých rozhraní, signalizačních systémů a služeb. Probíraná látka je vždy demonstrována na konfiguraci této PBX, protože tento přístup se zdá být pro studenty zajímavý, neboť je vcelku pochopitelné, že při výkladu dané problematiky chtějí znát její uplatnění, problematiku její implementace a konfigurace. Probíraná látka zahrnuje, mimo jiné, problematiku veřejných ústředen, pobočkových ústředen s uzavřením a otevřeným kódem, služeb pobočkových ústředen, signalizačních systémů, telekomunikačních rozhraní a teorie hromadné obsluhy. Nedílnou součástí kurzu jsou laboratorní cvičení a skripta k cvičením [ 27 ], kde jsou některé problematiky popsány podrobněji. Cvičení obsahují 12 laboratorních úloh a jsou převážně věnována Open Source PBX Asterisk, hardware pro Open Source PBX, Open Source PBX FreeSwitch a YATE, měření signalizací a pro komplexnost i trojici ústředen s uzavřeným kódem, tradičních výrobců.

6 6 FEKT Vysokého učení technického v Brně 1 Úvod do problematiky telekomunikačních systémů Tato úvodní kapitola je věnována základním pojmům a vývoji v oblasti spojovacích systémů, koncových zařízení a telekomunikačních sítí. 1.1 Úvod do spojovacích systémů a jejich generační vývoj Spojovací systémy, tj. telefonní ústředny, dělíme na veřejné ústředny CO (Central Office) a pobočkové ústředny PBX (Private Branch exchange). Z hlediska principu spojovaní rozlišujeme systémy okruhově spojované, kdy po celou dobu telefonního spojení je propojen hovorový okruh (systémy 1. až 4. generace) a systémy nespojované, paketové (5. generace). Hybridní systémy podporují oba uvedené principy. Obecné blokové schéma telefonní ústředny uvádí Obr. 1. Dříve toto schéma odpovídalo skutečně hardwarové realizaci, dnes u nových systémů se jedná spíše o logickou strukturu [ 2 ], [ 31 ], neboť čím dál více se uplatňuje softwarové řešení dílčích komponent. Spojovací systém lze rozdělit na spojovací výstroj a řídicí komplex. Jádrem spojovací výstroje je spojovací pole (SP), k němuž jsou připojeny účastnické sady (ÚSa), tj. rozhraní pro připojení koncových účastnických zařízení (telefonů) a přenašeče, tj. rozhraní pro připojení jiných ústředen. Z hlediska forem soustřeďování řízení rozlišujeme centralizaci, tj. soustřeďování funkcí, a koncentraci, tj. soustřeďování provozu. Úplná decentralizace a dekoncentrace vytváří individuální řízení. Jestliže existuje nadřazenost funkcí, hovoříme o hierarchickém řízení. Pokud neexistuje, hovoříme o distribuovaném řízení. Při plné centralizaci a dekoncentraci hovoříme o demokratickém řízení. Při plné centralizaci i koncentraci hovoříme o despotickém řízení [ 14 ]. Obr. 1: ÚSa ÚSa ÚSa SP ŘK Pn Pn Spojovací systém telefonní ústředna. Spojovací Výstroj (SV) (Switching Equipment SE) ÚSa - Účastnická Sada SP - Spojovací Pole (Switching Network SN) Pn - Přenašeč (Trunk) Řídicí Komplex (ŘK) (Control Equipment CE) Telefonní ústředna je vlastně kybernetický automat řízený na základě událostí. Jedná se o systém hromadné obsluhy a při jeho návrhu se, s ohledem na cenu zařízení a její návratnost, již od počátku uplatňovala teorie hromadné obsluhy, viz kapitola 11. Jedná se tedy o statisticky navržený automat, který není konstruována tak, aby všichni současně mohli telefonovat. Stavy telefonní ústředny můžeme rozdělit na fyzické, tj. např. zavěšení/vyvěšení, a logické, tj. postupný sled akcí během realizace hovoru. Softswitch softwarová ústředna. Jedná se o telefonní aplikaci realizující spojování hovorů a další funkce telefonní ústředny pracující dnes velmi často na běžném hardware. K propojování hovoru není použito hardwarové spojovací pole, ale softwarové aplikace. Transwitch spojovaní hovorů je realizováno s využitím specifického, jednoúčelového hardware. Jedná se především o výkonné systémy 4. generace, tj. TDM (Time-division multiplexing) systémy.

7 Telekomunikační a informační systémy 7 Vývoj spojovacích systémů dle generací [ 3 ], [ 14 ], [ 31 ], [ 35 ]: 1. Generace ve spojovacím poli byly použity krokové voliče, viz Obr. 116, koncentrační články (nabíhací stupeň) byly tvořený třídiči (T) nebo hledači (H), další články byly skupinové voliče, tzv. skupináře (S) a linkové voliče (LV). Řízení bylo decentralizované, dekoncentrované, většinou synchronní. Typickým představitelem u nás byla ústředna P51 Tesla Karlín, viz Obr. 2, odvozená z ústředny Siemens Systém 40. Koncentrační články byly třídiče (1T, 2T) s koncentrací 100:10. Účastníci byli organizováni v tzv. stovkových skupinách a směrování ve spojovacím poli bylo realizováno pomocí skupinových voličů S. Jednalo se o dvoj-pohybové voliče, kdy 1. pohyb (zvedací) byl realizován dle volené číslice a 2. pohyb (otočný) byl automatický, při němž byl hledán volný východ na další skupinový S či linkový volič LV. Řízení bylo synchronní s pulsní volbou. Výběr účastníka ve stovkové skupině byl realizován s pomocí linkového voliče LV. Ten zpracovával dvojici čísel. Signalizace mezi voliči byla přenášena po c-drátě, tzv. P-signalizace, kdy stejná signalizace byla použita i v transportní síti. Tónová výbava byla generována pomocí volacího stroje. 1T 1S 2S LV Obr. 2: Struktura ústředny P51 pro účastníků. 2. Generace (70.léta) ve spojovacím poli byly použity křížové spínače, viz Obr Spojovací pole bylo složeno z účastnického stupně (ÚS) a skupinářových stupňů (SS). Řízení bylo asynchronní centralizované pomocí registru (R) a určovatelů (U). Křížové články byly využívány i pro připojování řídících prvků, tzv. přípojnice (Pc). U nás byly vyráběny ústředny PK201, PK202, MK611, PBX PK21, ATZ (pro P51). Typickým představitelem u nás byla ústředna PK202, viz Obr. 3. Telefon byl připojen do účastnické sady (ÚSa). Koncentrace byla realizována v účastnickém stupni (ÚS). Účastník byl napájen pomocí odchozího napaječe (ON). Volbu přijímal a zpracovával registr (R) připojený přípojnicí (PcR). Volaný účastník byl napájen z příchozího napaječe (PN). Registr se skládal z: Přijímače/vysílače pulsní volby, přijímače/vysílače MFC kódu R2, analyzátoru volby (AN), cca. 2 AN na 12 registrů při účastnících. Každý stupeň (ÚS, SS) zpracovával 3 až 4 číslice. ÚS 1SS 2SS ÚSa PN ON PcR UÚS R U/PcR USS USS Obr. 3: Struktura ústředny Tesla P Generace (80. léta) polo-elektronické a elektronické ústředny s křížovým spojovacím polem. Ve spojovacím poli byly využity křížové voliče, kódové voliče, jazýčková relé, doutnavky, diskrétní polovodičové prvky (diody, tyristory, tranzistory), později speciální integrované obvody. Charakteristickým rysem této generace je přenos analogového signálu

8 8 FEKT Vysokého učení technického v Brně přes spojovací pole a vysoce centralizované a koncentrované řízení pomocí počítače. Z veřejných ústředen 3. generace byla v naší síti použita až do roku 1998 ústředna Ericsson AKE 13 ve funkci mezinárodní ústředny. Pobočkové ústředny 3. generace vyráběla Tesla Liptovský Hrádok. Jednalo se o ústředny UE10, UE20, UE200 a UE500, řízené jednočipovým mikroprocesorem. I v současné době jsou vyráběny pobočkové ústředny, které lze zařadit do 3. generace. Jsou to ústředny s analogovým přenosem ve spojovacím poli. 4. Generace (90. léta) v účastnické sadě je realizována digitalizace signálu. Uplatňují se A-law/ -law komprese signálu. Rovněž jsou k dispozici digitální přípojky ISDN. Spojování ve spojovacím poli probíhá digitálně, tzv. čtyř-drátově, tj. je nutné vytvořit datovou cestu pro příchozí i odchozí směr. Kromě prostorového spojování v tzv. S-článku navíc časový spojovací článek tzv. T-článek, realizující změnu časové polohy v PCM rámci. Charakteristická je i podpora signalizačního systém číslo 7 (SS7). První systém 4. generace nasazený u nás byl CIT Alcatel E10. Vlastní vývoj systému EDISS PE400 Tesla Karlín. Nyní jsou provozovány systémy Siemens EWSD a Alcatel 1000 S12, viz kapitola Generace IP telefonie, VoIP, paketová telefonie, konvergence telefonních a IP sítí. Není zde účastníkovi trvale vystavěn okruh po dobu hovoru, jako tomu bylo u předchozích generací. Hovor přenášen v paketech skrze IP (Internet Protocol) síť. Neexistuje zde spojovací pole ústředny, spojovacím polem je síť na bázi IP protokolu, která je i transportní sítí. V některých případech je přístupová a transportní síť totožná. Ústředna zajišťuje především signalizaci protokoly SIP, H.323, IAX, MGCP, atd. Přenos hovoru není zpravidla realizován přes ústřednu. Setkáváme se s hybridními ústřednami PSTN generace, PBX 3. (+4.) + 5. generace. Výhodou je především levné telefonování, přenositelnost. Nevýhodami jsou problémy se zajištěním kvalita hovoru, zpoždění hlasu a nezanedbatelné echo v konvergované síti. Není-li poskytovatel i vlastníkem sítě, nemůže kvalitu nijak zaručit. 1.2 Telefonní přístroje Za vynálezce telefonního přístroje je dnes považován Antonio Meucci, který svůj objev učinil při svém pobytu v Havaně na Kubě v roce 1849 a poprvé jej představil v New Yorku v roce 1860 [ 35 ]. Telefonní přístroj si nechal patentovat Alexander Graham Bell, nicméně týž den, jen o několik hodin později, si jej nechává patentovat i Elisha Gray. Po neúspěšném pokusu prodeje patentu firmě Western Union Telegraph Company zakládá Alexander Graham Bell vlastní firmu, dnes známou jako AT&T, a zaznamenává obrovský obchodní úspěch. Na Obr. 4 je replika Bellova telefonu, dále telefon s místní baterií (MB) a s induktorem, který byl využíván ve spolupráci s manuálními ústřednami a jeden z prvních telefonů s ústřední baterií (UB) s rotační číselnicí (patent firmy Siemens), využívaný v prvních automatických ústřednách. Dvojicí posledních můžete vidět ve vitríně v laboratoři. Obr. 4: Telefony A. G. Bell 1876, Ericsson Eiffel Tower 1892, ZB/SA

9 Telekomunikační a informační systémy 9 První telefonní přístroje měly tzv. místní baterií (MB), local battery (LB), která byla zařazena do obvodu mikrofonu. Byly vybaveny induktorem, který při otáčení kličkou generoval vyzváněcí proud a signalizoval spojovatelce žádost o hovor a jeho ukončení. Pro potlačení pronikání signálu z vlastního mikrofonu do sluchátka bylo součástí telefonu tzv. proti-místní zapojení realizované pasivním můstkovým zapojením. Dnes jsou využívány telefony s místní baterií v digitálním provedení pro vojenské účely, viz Obr. 5 vlevo. Obr. 5: MB telefon (vojenský polní telefon) a UB telefon (analogový telefon POTS). Telefonní přístroje s ústřední baterií (UB), central battery (CB), dnes běžné analogové telefony, jsou napájeny z ústředny. První byly vybaveny rotační číselnicí umožňující pulsní volbu pro spolupráci s prvními automatickými ústřednami. Dnešní analogové telefony, osazené tlačítky a displejem, realizované s využitím jednoúčelových integrovaných obvodů, již umožňují pulsní i tónovou volbu a celou řadu dalších funkcí, viz Obr. 5 vpravo, uvádějící telefon, se kterým se můžete setkat v každé učebně našeho ústavu. Blokové schéma analogového telefonu uvádí Obr. 6. Telefon obsahuje přepěťovou ochranu (PO), návěštní obvod zvonek (NO), vidlicový přepínač (VP) hook, Graetzův diodový můstek ( ), blok pulsní volby (BVP), obvod volby (OV), hovorový obvod (HV) a obvod napájení (ON) [ 21 ]. Další podrobnosti o rozhraní analogového telefonu budou uvedeny v kap. 4.3 věnované vlastnostem účastnické sady, tj. zakončení telefonu v ústředně. a b PO VP BPV Pulse DMTF MUTE NO OV HO ON Obr. 6: Blokové schéma analogového telefonního přístroje. ISDN telefonní přístroje se u nás u koncových účastníků příliš nerozšířily. Rozhraní 2B+D je však vhodné například k připojení malých pobočkových ústředen. Telefonní přístroje, ISDN terminály, jsou připojeny na 4-drátovou sběrnici S 0. Dnes nejperspektivnější VoIP (Voice over IP) telefonní přístroje, IP telefony, umožňují připojení do sítě Internet a často jsou i napájeny ze sítě (PoE). Existují i IP telefony bezdrátové pro připojení do sítě dle standardů b/g/n, tj. Wi-Fi. Protokol H.323 je u koncových zařízení na ústupu a setkáváme se výhradně s VoIP telefony s protokolem SIP. Objevují se však už i telefony s protokolem IAX2, jejímž tvůrcem jsou autoři PBX Asterisk. Systémové telefony, viz Obr. 7, pobočkových ústředen jsou speciální telefonní přístroje, které umožňují plnohodnotně využívat služeb pobočkové ústředny svého výrobce. Připojeny jsou zpravidla nestandardním datovým rozhraním. IP systémové telefony používají proprietární signalizační protokoly. O některých z nich bude zmínka v kapitole 6.7.

10 10 FEKT Vysokého učení technického v Brně Obr. 7: Systémové telefony Panasonic, Avaya, Cisco Systems, Siemens. V telekomunikacích se dnes běžně využívají konektory RJ (Registered Jack), označované RJxy nebo mpnc, kde n označuje počet osazených pinů z m, viz Obr. 8. Nejběžnější RJ konektory jsou: 4P4C (RJ9, RJ10, RJ22, u nás nejběžněji RJ14) připojení telefonního sluchátka, kde je na piny 1 4 připojen mikrofon a na piny 2 3 sluchátko. 6P2C (RJ11), 6P4C (u nás nejběžněji RJ11) připojení analogového telefon, kde na prostřední dva piny jsou připojeny ab dráty 2 a-drát (ring), 3 b-drát (tip). 6P6C (RJ12) konfigurační kabel ústředen a vývojových KITů. 8P4C připojení rozhraní ISDN BRI 2B+D na sběrnici S 0 (1 4 Tx a 2 3 Rx). 8P8C (RJ45) mnoho využití: Ethernet (10/ , 3 6 nebo pro 1G navíc i 4 5 a 7 8), E1 přenašeč (páry 1 2 a 4 5) a konfigurační rozhranní RS232 console. Je nutno dát pozor na nestandardní použití např. pro konektory sériového rozhranní, konfigurace PBX anebo připojení systémových telefonů. Obr. 8: Konektory 4P4C (RJ14), 6P4C a 6P2C (RJ11), 6P6C, 8P4C a 8P8C (RJ45). 1.3 Telekomunikační sítě a jejich generační vývoj Telekomunikační sítě dělíme na přístupové (Access Network) a transportní (Transport Network). Pro zajištění telefonního provozu byla vybudována PSTN (Public Switched Telephone Network) veřejná přepojovaná telefonní síť, česky Veřejná či Jednotná telefonní síť (VTS/JTS). V přístupové síti se dle generace uplatňovaly či stále uplatňují analogové telefony POTS (Plain Old Telephone Service), ISDN terminály a GSM mobilní telefony. Transportní sít 4. generace je založená na technologii TDM (Time-division multiplexing). Základním stavebním prvkem je PCM rámec E1, resp. T1, J1, přenášený pomocí přenosových systémů PDH, SDH (STM 1, 4, 16) spolupracujících s ústřednami 4. generace a využívající signalizační systém číslo 7 (SS7). S příchodem IP telefonie hovoříme o konvergované telekomunikační síti, síti nové či další generace NGN (New/Next Generation Network), která je tvořena PSTN a IP síti. Vývoj transportních PSTN sítí bývá členěn do těchto generací [ 3 ], [ 14 ], [ 31 ], [ 35 ]: 0. Generace přenos po 2-drátu bez zesilovačů, účastník spojovatelka spojovatelka účastník, manuální směrování. Při větší vzdálenosti je hovor značně zkreslen, zeslaben a zarušen. Zlepšení bylo možno dosáhnout pomocí pupinace. 1. Generace přenos po 2-drátu nebo 4-drátu, stále jeden hovor na vedení, přenos přes zesilovací stanice umístněné po 7 10 km, nutnost použití telefonní vidlice. Dosahovaná

11 Telekomunikační a informační systémy 11 vzdálenost je až 100 km, přenos v pásmu 0,3 3,4 khz, spolupráce s ústřednami 1. generace, signalizace napěťovými pulsy přímo po ab drátech. První pokusy o vícenásobné využití vedení pomocí fantomních okruhů (3 hovory po 2 vedeních), super-fantom (7 po 4). 2. Generace 70. a 80. léta, spolupráce s ústřednami 2. generace, signalizace kmitočtovými značkami nad hovorovým pásmem, dálkový přenos po 4-drátu, zesilovací stanice. Vícenásobný přenos začíná být řešen pomocí FDM (Frequency-Division Multiplexing), kdy je více hovorů v kmitočtovém pásmu umístněno za sebou, u každého je i signalizace. Přenosové médium (4-drát) neumožňuje příliš vysoké kmitočty, tj. nad 100 khz. 3. Generace dálkové trasy realizovány koaxiálním kabelem. Nastává rozvoj FDM systémů (II., III. a IV. řád). Je využíváno kmitočtové pásmo až do několika MHz, přenášející až 900 hovorových kanálů. Vzhledem k setrvávání ústředen 2. a 3. generace zůstával FDM dlouho v našich transportních sítích. 4. Generace (TDM Time-division multiplexing) vznik souvisí s příchodem 4. generace digitálních ústředen s časovým přepínáním. Signál již není přenášen analogově, ale digitálně, PCM (Pulse-code modulation). Přenosové médium je metalické a později optické. Digitální signál není zesilován, ale obnovován v tzv. opakovačích. Při digitalizaci analogového hovorového signálu se uplatňují komprese signálu A-law a -law (u-law), umožňující zvětšení dynamického rozsahu signálu při 8 bitovém rozlišení. A-law se používá v Evropě, -law v Severní Americe a Japonsku. Pro mezinárodní komunikaci mezi zeměmi s různým typem kódování se používá A-law. Je-li v obou zemích stejné kódování, použije se kódování dle těchto zemí. Tyto komprese našly uplatnění v IP telefonii v kodeku dle ITU-T G.711 a pro volbu varianty A-law/ -law platí uvedená pravidla. S plnou digitalizací sítě nastává rozvoj PCM vyšších řádů, PDH, SDH (STM 1, 4, 16). Základem PCM 1. řádu je rámec E1, viz Obr. 9, využívaný v Evropě, T1 v Severní Americe, viz Obr. 10, a v Japonsku J1, což je modifikace T1 [ 9 ], [ 31 ]. 0 Synchronizace Rámec E1 (2Mb/s) PCM31/PCM30 (32 kan x 8 b x 8000 Hz) Obr. 9: Struktura rámce E1. Signalizace 0 Rámec T1 (1,544Mb/s) PCM 24 ((24 kan x 8 b)+1) x 8000 Hz) F Obr. 10: Struktura rámce T1. 1 bit SF/ESF Synchronizace Jak je z Obr. 10 patrno, v T1 není vyhrazen time-slot pro CAS signalizaci, viz kapitola 5.5. Využívá se zde RBS (Robbed-bit signaling), kdy v každém kanále v šestém rámci je jeden bit přepsán signalizací. Při použití ISDN (23B+D) již je vyhrazen 23. time-slot pro signalizaci, podobně i při použití signalizace SS7. Transportní síť již realizuje přenos dat bez rozlišení, zdali jde o hovor či signalizaci. Trasa hovorových dat je však odlišná od signalizačních.

12 12 FEKT Vysokého učení technického v Brně 2 Pobočkové telefonní ústředny Pobočkové ústředny (PBX Private Branch Exchange) jsou neveřejnými ústřednami, tj. slouží pouze pro uzavřený okruh uživatelů. Většinou jsou připojeny do veřejné telefonní sítě, mohou být však i samostatné, tzv. domácí ústředny. Pobočkové ústředny můžeme rozdělit dle způsobu spojování na: Analogové (3. generace) Digitální (4. generace) VoIP (5. generace) Kombinované (kombinace nebo generace) Generace ústředny je dána způsobem spojování, a tedy nikoli typem rozhraní přenašečů či koncových zařízení. Výrobci pobočkových telefonních ústředen nabízí zpravidla všechny typy rozhraní a umožňují připojení nejrůznějších koncových zařízení, která vznikala v různých generacích telefonních ústředen. Analogové ústředny mají často možnost připojení na ISDN 2B+D rozhraní, obsahují VoIP bránu. Dnešní digitální ústředny a VoIP ústředny umožňují připojení analogových, cenově výhodných koncových zařízení. Dalším charakteristickým rysem pobočkových ústředen je pestrost služeb. Některé služby, které dnes známe z veřejných ústředen, byly nejprve nabízeny v pobočkových ústřednách. V některých případech se jejich následné uplatnění ve veřejných ústřednách setkalo s menším úspěchem, což souvisí i s oblastí využití pobočkových ústředen. S implementací služeb souvisí i speciální tzv. systémové telefony, které umožňují efektivně tyto služby využívat. Jedná se o koncová zařízení, která výrobce nabízí k dané ústředně či řadě ústředen. Tato koncová zařízení často využívají proprietárních signalizací daného výrobce, a lze je tedy provozovat pouze s danou ústřednou či řadou ústředen daného výrobce. Některé proprietární VoIP protokoly budou uvedeny v kapitole č. 6. Mezi další specifika patří existence spojovatelky, netarifování vnitřních hovorů v rámci pobočkové ústředny a další. Po dlouhá desetiletí byly pobočkové ústředny doménou tradičních výrobců a jednalo se o specifická jednoúčelová zařízení obsahující hardware daného výrobce a software s nezveřejněným (uzavřeným) zdrojovým kódem. S rozvojem výpočetní techniky, internetové telefonie a fenoménem dneška, Open Source projektů, dochází rovněž i v oblasti pobočkových ústředen ke vzniku řady projektů pobočkových ústředen s otevřeným kódem, které lze provozovat na běžném počítačovém hardware. Prvním z nich byl projekt pobočkové ústředny Asterisk, který dodnes mezi Open Source PBX dominuje. Nutno dodat, že pro vazbu na specifická telekomunikační rozhraní, např. rozhraní analogového telefonu, ISDN-BRI, rozhraní E1, bylo nutno následně vyvinout hardware, po jehož osazení do běžných počítačů či serverů je možno nabízet srovnatelnou podporu rozhraní, jako je tomu u výrobků tradičních výrobců. Právě výrobci tohoto hardware jsou dnes dominantními sponzory těchto Open Source projektů. Z dnešního pohledu lze tedy pobočkové ústředny rozdělit dle otevřenosti software na ústředny s uzavřeným kódem a ústředny s otevřeným kódem (Open Source PBX). Ústředny s uzavřeným kódem, které zde budeme označovat rovněž jako ústředny tradičních výrobců, stále dominují v počtu instalací pobočkových ústředen. Jedná se o výrobky firem Alcatel-Lucent, Avaya, Cisco, Panasonic, Siemens, 2N a dalších. Jak již bylo uvedeno, skládají se zpravidla z jednoúčelového hardware a je na nich provozován uzavřený software. Nicméně i zde se již uplatňuje běžný hardware (server či PC), na němž je provozován uzavřený software ústředny, a pokud je požadována konektivita na specifická telekomunikační rozhraní (E1, ISDN-BRI/PRI, GSM, atd.), či instalace analogových

13 Telekomunikační a informační systémy 13 koncových zařízení, je možno doplnit bránu (Media Gateway) osazenou kartami pro vazbu na patřičná rozhraní. Dalším charakteristickým rysem, který již byl uveden, jsou speciální systémové telefony, které umožňuji efektivní využití služeb pobočkové ústředny. Tyto telefony využívají proprietární rozhraní, proprietární signalizace a rovněž i pro vazbu mezi ústřednami téhož výrobce jsou k dispozici proprietární signalizace. K použití těchto systémových telefonů je uživatel motivován jak zajištění podpory služeb PBX, tak i licenční politikou výrobce. Výrobci ústředen mají velice propracovánu licenční politiku. Zpravidla použití každé funkcionality či rozhraní je licencováno. Cena nákupu hardware tak tvoří jen zlomkovou část celé ústředny s ohledem na částku za jednotlivé licence. Licenční strategie výrobců se vzájemně liší, některý výrobce licencuje krom služeb jen pobočky, jiný i rozsah použití rozhraní přenašečů, které umožňují vazbu do nadřazené sítě či propojení pobočkových ústředen. Ústředny s otevřeným kódem Open Source PBX jsou fenoménem poslední doby. První z těchto projektů byl Asterisk a jelikož se jedná stále o dominantní projekt, jsou mu věnovány z větší části laboratorní cvičení tohoto předmětu a rovněž celá řada problematik probírána v tomto předmětu bude demonstrována na konfiguraci této Open Source PBX. Mezi další projety patří FreeSwitch, YATE, SIP Express Router a další. Základnímu popisu, instalaci a konfiguraci těchto PBX bude věnována kapitola 3. Tyto ústředny lze provozovat na běžném hardware (PC, server), pouze v případě vazby na specifická telekomunikační rozhraní je nutno doplnit specifický hardware, jak již bylo uvedeno. Jsou podporovány platformy OS Windows, Unix/Linux i MAC. Jak označení napovídá, použití těchto PBX není licencováno a jsou k dispozici jejich zdrojové kódy. Licencovány jsou pak například kodeky G.729, G.723.1, specifické aplikace a nadstavby a rovněž tak je zpoplatněna profesionální podpora. Ústředny s uzavřeným kódem, založené na Open source PBX jsou ústředny, které byly vytvořeny na základě Open Source PBX projektů. Jedná zpravidla o menší výrobce, kteří vytvořily např. vlastní konfigurační nástavbu a aplikace pro Open Source PBX a dodávají tuto ústřednu společně s hardwarem, instalací a podporou. Z obecného pohledu v dnešní době i velcí výrobci aktivních síťových prvků (směrovače, přepínače, atd.) využívají ve svých produktech různé Open Source knihovny, o čemž se můžeme přesvědčit z dokumentace těchto produktů, kde jsou povinni tuto skutečnost uvést. Tab. 1: Porovnání ústředen s otevřeným a uzavřeným zdrojovým kódem. Pobočková ústředna s otevřeným s uzavřeným kódem Nižší cena: Čisté VoIP řešení + (licence za SIP pobočku) Hybridní systémy (analogové/tdm/voip) jen málo HW + Spolehlivost: (negarantováno) + Dodávka na klíč (není obvyklé) + Rychlost nasazení (nutnost odladění) + Podpora (pro odborníky) + Specifické funkce PBX (v menším rozsahu) + Velikost systému: malé malé, střední i velké Otevřenost sytému + Nutnost kvalifikovaného personálu + (podpora, instalace na klíč) Využití každé z výše uvedených koncepcí nachází dnes své uplatnění dle konkrétní cílové aplikace. O výhodách každé z těchto koncepcí by bylo možno rozsáhle diskutovat. Tab. 1 uvádí přehled základních výhod a nevýhod při využití ústředny s otevřeným a uzavřeným kódem, některé z nich jsou pak doplněny komentářem. Mezi základní kritéria

14 14 FEKT Vysokého učení technického v Brně dozajista bude patřit cena, spolehlivost a rychlost nasazení systémů. Při využití ústředen s otevřeným kódem je zapotřebí kvalifikovaný personál a náklady s ním spojené je nutno uvažovat při kalkulaci ceny ústředny. S ohledem na výše uvedené nachází ústředny s otevřeným kódem uplatnění zejména u VoIP poskytovatelů a pro specifické aplikace. Pro koncové zákazníky se stávají stále zajímavější cenově výhodné ústředny založené na Open Source PBX, zejména v případě menších VoIP telefonních ústředen. Ústředny s uzavřeným kódem tradičních výrobců však stále dominují v počtu instalací a nabízí univerzální uplatnění. Jejich předností je zejména spolehlivost, rychlost instalace na klíč bez nutnosti kvalifikovaného personálu v místě instalace, široká nabídka služeb, atd. Nevýhodou pak je vyšší cena. 2.1 Druhy rozhraní pobočkových ústředen Výrobci pobočkových ústředen podporují ve svých ústřednách nejrůznější rozhraní, jak pro připojení koncových zařízení, tak pro propojení ústředen, a to jak pobočkových, tak pro připojení do nadřazené sítě. I pro nejnovější výrobky jsou stále nabízena rozhraní, která se již ve veřejné síti nevyskytují. Protože PBX je pro veřejnou ústřednu podřízeným nebo dokonce koncovým zařízením, existují zde typy rozhraní, kterými veřejné ústředny nikdy nedisponovaly, emulující např. koncová zařízení, analogový telefon, ISDN koncové zařízení, atd. O systémových telefonech byla již zmínka v předchozí kapitole. Rovněž pro připojení těchto specifických telefonů musí ústředna disponovat patřičnými rozhraními. Rozhraní pobočkových ústředen můžeme rozdělit na: Rozhraní pro konfiguraci a správu ústředny. Rozhraní účastnických sad. Rozhraní přenašečů Rozhraní pro konfiguraci a správu ústředny Jedná se o rozhraní, prostřednictvím nichž je možno pobočkovou ústřednu konfigurovat, řídit. Rovněž umožňuje monitorování její činnost, například pro potřeby tarifikace hovorů realizovaných do veřejné sítě. Na ústřednách je zpravidla standardně osazen sériový port, označený jako COM nebo V.24, prostřednictvím nějž je možno realizovat prvotní konfiguraci, instalaci software systému, upgrade software či zotavení z havarijního stavu. Typ konektoru je Cannon 9 či RJ45. Pro konfiguraci se dnes standardně využívá rozhraní ethernet, které může vyhrazeno pouze pro konfiguraci, anebo může být sdíleno s další funkcionalitou ústředny, např. VoIP brána. Základní konfigurace je zpravidla dostupná z konzole, s využitím protokolů telnet či SSH. Menší ústředny jsou často konfigurovány prostřednictvím webového konfiguračního nástroje, pro větší je k dispozici speciální konfigurační software, který však bývá k dispozici pouze pro OS Windows. Třetí možností je konfigurace ústředny prostřednictvím systémových telefonů, a tedy rozhraním je zde rozhraní systémových telefonů. Zejména malé ústředny bývaly dříve konfigurovatelné pouze ze systémových telefonů. Dnes umožňují systémové telefony konfiguraci vlastností pobočky a v některých výjimečných případech i funkcí systému Rozhraní účastnických sad Rozhraní účastnické sady je rozhraní pro připojení koncového zařízení (telefonu). V konfiguračním rozhraní PBX jej, resp. pobočky, výrobci označují jako extensions, stations, users.

15 Telekomunikační a informační systémy 15 V PBX se můžeme setkat s těmito rozhraními účastnických sad: Analogové rozhraní POTS, označované jako U, ale i Z (Alcatel), SLA (Siemens), SLC (Panasonic), FXS (Asterisk a Open Source) umožňující připojení analogového telefonního přístroje, který je z cenových důvodu často stále velmi využíván i u nejnovějších IP ústředen 5. generace. ISDN BRI 2B+D rozhraní umožňující připojení standardního ISDN telefonu. Vyžaduje 4-vodičové propojení s koncovým zařízením. Dnes se pro připojení koncových zařízení nevyužívá. Řada PBX jej však stále podporuje, ač bývá prioritně určeno pro funkci přenašeče, ale lze je změnou konfigurace nastavit i jako účastnickou sadu. Proprietární rozhraní systémových telefonů, zpravidla 2-vodičové. Vlastní typ rozhraní, podporující koncová zařízení daného výrobce, nabízí každý výrobce pobočkových ústředen. Dříve se jednalo o analogové, poté digitální rozhraní. Dnes již tato koncová zařízení často nahrazují VoIP systémové telefony, připojené prostřednictvím rozhraní ethernet. Rozhraní pro připojení bezdrátových telefonů základnové stanice BS (Base Station). Každý výrobce dnes umožňuje připojení buď standardních DECT koncových zařízení s proprietární rozšířením podporující systémové bezdrátové telefony nebo nabízí vlastní technologii bezdrátových telefonů. S pomocí několika BS, pak lze vytvořit síť pokrývající požadovaný prostor, podporován je handover. VoIP rozhraní (ethernet) pro připojení IP poboček s podporou standardních protokolů SIP, dříve H.323. Licenční politikou však výrobce motivuje k nákupu VoIP systémových telefonů. V některých případech je úmyslně podporována jen základní funkcionalita, realizace hovoru, ostatní služby (přepojení hovoru, přidržení, atd.) nejsou podporovány. VoIP rozhraní (ethernet) pro připojení IP poboček s podporou proprietárních protokolů. Každý větší výrobce si vyvinul vlastní VoIP protokol: NOE (Alcatel- Lucent), Skiny (Cisco), IP-PT (Panasonic), IAX2 (Asterisk). Jedná se o rozhraní podporující VoIP systémové telefony daného výrobce. Tyto telefony umožňují plnohodnotné využití služeb ústředny. K jejich nákupu často výrobce motivuje i licenční politikou Rozhraní přenašečů Rozhraní přenašečů (trunk) umožňuje připojení pobočkové ústředny do veřejné sítě nebo vzájemné propojení pobočkových ústředen, realizace tzv. příčky. V PBX se můžeme setkat s těmito rozhraními přenašečů: Analogový přenašeč rozhraní označené CO, NDDI (Alcatel), LCOT (Panasonic), TLANI (Siemens), FXO (Asterisk a Open Source), emulující analogový telefon. Dnes se již nevyužívá, případně pouze pro velmi malé ústředny bez IP podpory. Stále je však nabízeno výrobci i v nejnovějších PBX. E&M přenašeč analogové rozhraní umožňující realizaci příčky mezi pobočkovými ústřednami. Dnes se již nepoužívá, ale stále je nabízeno výrobci i v nejnovějších PBX. ISDN T0 přenašeč emuluje koncové zařízení ISDN BRI 2B+D na sběrnici S0. Využívá se pro malé pobočkové ústředny. E1 přenašeč (PCM), označován jako 2-megabit, 4-drátové digitální rozhraní v PBX se signalizacemi:

16 16 FEKT Vysokého učení technického v Brně - E1 s CAS s R2 kódem. Dnes již se nepoužívá. Stále je však nabízeno výrobci i v nejnovějších PBX. - ISDN PRI 30B+D, běžně využíváno ve větších PBX, - další varianty signalizací ISDN PRI. - SS7 V Open Source PBX se můžeme setkat s implementacemi signalizačního systému č. 7, který je doménou veřejných ústředen. IP trunky (ethernet) se signalizací SIP (popř. H.323, MGCP) nebo proprietárními VoIP signalizačními protokoly. GSM brány rozhraní umožňující připojení do mobilních sítí. 2.2 Číslovací plán v PBX, volání z a do veřejné sítě Číslovací plán definuje pravidla, dle kterých jsou přidělována telefonní čísla v ústředně. V pobočkových ústřednách se zpravidla používá tzv. uzavřený číslovací plán, tj. čísla poboček mají stejnou délku a tvoří tedy blok číslic o délce dle velikosti pobočkové sítě. Například síť o pobočkách XXXX. Čísly této délky lze volat v rámci pobočkové sítě. Celý blok číslic je začleněn do veřejného číslovacího plánu, např X XXX, nebo pouze část bloku číslic je začleněna do veřejného číslovacího plánu. Do veřejné sítě je standardně voláno přes číslo 0. Všechny pobočky nemusí mít oprávnění pro volání do veřejné sítě. Krom čísel poboček jsou v PBX i speciální čísla, která nespadají do uvedeného bloku číslic. Jedná se zejména o čísla služeb, čísla společné zkrácené volby a další. Tato čísla jsou zpravidla tvořena s využitím speciálních znaků *, #. Dalším rozdílem u pobočkových sítí, zejména větších, je existence spojovatelky. Ta je standardně dostupná na telefonním čísle tvořeném číslem pobočkové ústředny, doplněném jedničkami na délku čísla v číslovacím plánu, např V zemích, kde se nepoužívá ve veřejné síti uzavřený číslovací plán, ale otevřený, tj. čísla různých délek (např. Německo) je spojovatelka dostupná po zadání čísla pobočkové ústředny a čísla 0. Spojovatelka může být nahrazena interaktivní hlasovou odezvou IVR (Interactive Voice Response), která nasměruje v další volbě. Při volání z veřejné sítě do pobočkové ústředny se využívají dva základní přístupy: DID a DISA (+IVR). DID (Direct Inward Dialing), také označován jako DDI se využívá ve větších PBX. Pobočky mají vyhrazena veřejná telefonní čísla, a lze je tedy volat přímo z veřejné sítě. U větších PBX se veřejné číslo pobočky skládá z čísla ústředny (např. na VUT 54114) a čísla pobočky v PBX (např. 6990): DID: oznamovací tón DISA (Direct Inward Subscriber Access) se využívá zejména v menších PBX nebo v případě nedostatečného počtu veřejných čísel, či požadavku volání jednotným číslem viz dále. Po volbě veřejného čísla PBX je volající vyzván speciálním oznamovacím tónem (nepřerušovaný tón) k tzv. dovolbě doplňkové volbě interního čísla pobočky v PBX, popř. může být požadováno i heslo: DISA: ozn. tón speciální ozn. tón 45 Nevýhodou je nutnost znalosti interního číslovacího plánu PBX. Dnes se proto velmi často využívána interaktivní hlasová odezva IVR (Interactive voice response), která nasměruje k další volbě: DISA+IVR: ozn. tón hláška_ivr 4 hláška_ivr 5 Tento přístup se pak využívá i tehdy, požadujeme-li jednotné veřejné číslo, např. podpory dané firmy, kdy po volbě jednotného zveřejněného čísla jsme prostřednictvím IVR nasměrováni na operátora, který je kompetentní řešit naši žádost (Call centra).

17 Telekomunikační a informační systémy Směrování hovorů v PBX Počet hovorových okruhů vnějších rozhraní by měl být dimenzován tak, aby bylo možno s rezervou realizovat očekávaný objem souběžných hovorů z a do veřejné sítě. Dle typu přenašeče lze s pomocí něj vytvořit jeden nebo více hovorových okruhů. Například jeden na analogovém přenašeči, dva na ISDN BRI, třicet na ISDN PRI a rovněž na IP truncích bývá počet omezen implementací na cca třicet až šedesát okruhů. U některých výrobců (např. Siemens, Panasonic) je dále počet okruhů omezen zakoupenými licencemi. Hovorové okruhy, v některých případech pouze celé přenašeče (trunky), jsou pro potřeby směrování sloučeny do vyššího organizačního celku, který je označován jako svazek, trunk group (TG) či group. Existují pak různé metody obsazování (tj. přidělování) hovorového okruhů v rámci svazku, například: První volný hovorový okruh v rámci svazku, cyklické obsazování, kdy je obsazen následující hovorový okruh po dříve obsazeném okruhu, ač ten již může být k dispozici, nejdéle nevyužitý hovorový okruh. Směrovací tabulky, kde na základě pravidla je určen odchozí svazek, obsahují většinou pro jedno pravidlo více svazků s definovaným pořadím obsazení, které může být závislé na čase obsazení a dalších eventualitách, např. volné minuty atd Základní směrování hovorů Základní směrování je realizováno pomocí prefixů, viz Obr. 11. Vždy je pro skupinu poboček definován svazek pro odchozí hovory do veřejné sítě přes číslo 0, což je označováno jako prioritní náběh na svazek. Volba jiného svazku, či dokonce i konkrétního okruhu, je možná prostřednictvím dalších prefixů, např. 6, *#410, atd. Skupiny poboček Skupina 1 0 Prioritní náběh na svazek Svazky (trunk groups) Svazek 1 Přenašeč 1 ( trunk ) Přenašeč 2 Přenašeč 3 6 *#0402 Svazek 2 Přenašeč 4 Hovorové okruhy 1, 2, 3 Skupina 2 Skupina poboček bez oprávnění Přenašeč 5 Obr. 11: Základní směrování hovorů v pobočkových ústřednách Směrování hovorů v PBX pomocí ARS, LCR Krom základního směrování, tj. přidružení prioritního svazku, mají pobočkové ústředny vždy implementovány i pokročilejší techniky směrování, které jsou označované jako ARS (Automatic Route Selection) Automatická volba směrování nebo LCR (Least Cost Routing) Šetřící automat. Jedná se o tutéž funkci, někteří výrobci používají název ARS, jiní LCR.

18 18 FEKT Vysokého učení technického v Brně Pobočkové ústředny mají zpravila více vnějších rozhraní a umožňují připojení k více poskytovatelům. Pomocí funkce ARS/LCR lze na základě voleného čísla určit nejlevnější cestu nebo i poskytovatele pro volání. S ohledem na možnost přenositelnosti telefonního čísla se ale dnes již nemusí jednat vždy o nejvhodnější volbu. Funkce ARS/LCR lze využít i pro směrování příchozích hovorů, v případě tranzitních hovorů. Rozsah implementace ARS/LCR se u jednotlivých výrobců liší, ale základní funkcionalitu, viz Obr. 12, můžeme popsat v těchto třech základních bodech: 1) Vstupní normalizace čísla volaného popřípadě i čísla volajícího. 2) Vyhledání nejvhodnější cesty směrování hovoru, tj. svazku dle: prefixu, času volání, oprávnění pobočky, volných minut svazku, atd. 3) Výstupní normalizace čísla volaného a čísla volajícího, zahrnující minimálně úpravu čísla pobočky na číslo, pod kterým je dostupná z veřejné sítě. Jak bylo uvedeno, rozsah možností ARS/LCR je dán konkrétní implementací výrobce. V některých PBX lze vytvářet nejen pravidla směrování, ale i definovat sled událostí. Například po určitém prefixu a obsazení přenašeče generovat oznamovací tón, další čísla pak přímo odesílat na přenašeč. Skupiny poboček Skupina 1 ARS / LCR Vstupní normalizace (čísla volaného, volajícího) Směrovací pravidlo (výběr svazku dle prefixu) Výstupní normalizace (čísla volaného, volajícího) Svazky ( trunk groups ) Svazek 1 Přenašeč 1 Přenašeč 2 Přenašeč 3 Svazek 2 Přenašeč 4 Přenašeč 5 Hovorové okruhy Skupina 2 Skupina poboček bez oprávnění Obr. 12: Směrování hovorů v pobočkových ústřednách pomocí ARS/LCR Ukázky ARS v PBX Panasonic a Alcatel-Lucent Nyní uvedeme příklady konfigurací ARS/LCR v konfiguračních nástrojích některých pobočkových ústředen. Na Obr. 13 jsou uvedeny tabulky konfigurace ARS v konfiguračním nástroji PBX Panasonic NCP500 [ 23 ]. V záložce 2. Leading Number jsou definovány prefixy (Leading Number). Při shodě prefixu volaného čísla s některým z nich je hovor dále směrován do zde definovaného směrovacího plánu (Routing Plan). V následující záložce 3. Routing Plan Time je den rozdělen na čtyři časová pásma: A, B, C a D, tj. dopoledne, polední čas, odpoledne a noc. V další záložce 4. Routing Plan Priority jsou pro jednotlivá časová pásma definovány priority obsazování tzv. Carriers (např. 01:VoIP). Ty jsou definovány v záložce 5. Carrier. Zde je krom názvu možno definovat úpravy čísla

19 Telekomunikační a informační systémy 19 (normalizaci) a zejména přidružení ke svazkům (TRG). Další záložky pak definují výjimky a autorizační kódy. V Obr. 13 není uvedeno přidružení hovorových okruhů, přenašečů do svazků (TRG), které není součástí konfigurace ARS a je definováno v záložkách konfigurace vnějších linek. Obr. 13: Ukázka konfigurace ARS v PBX Panasonic NCP500. Na Obr. 14 jsou uvedeny tabulky konfigurace ARS v konfiguračním nástroji PBX Alcatel-Lucent OmniPCX Enterprise [ 1 ]. V záložce Automatic Route Selection jsou definovány tabulky ARS Route List. V každém ARS Route list jsou v ARS Route specifikovány přidružené svazky a pravidla pro úpravu čísel. V Time Based Route Listu pak priority, jak mají být svazky obsazovány dle časového harmonogramu. Na tyto tabulky ARS Route List odkazují pravidla (Numbering Discriminator Rule) v externím číslovacím plánu (External Numbering Plan). Je zde specifikován vždy prefix (Call Number) a k němu příslušející ARS Route List Number. Časová platnost pravidel je specifikována vazbou na příslušný časový plán (Schedule Number). Obr. 14: Ukázka konfigurace ARS v PBX Alcatel-Lucent OmniPCX Enterprise.

20 20 FEKT Vysokého učení technického v Brně Směrování hovorů v PBX Asterisk V Open Source PBX Asterisk, ale i v řadě dalších Open Source PBX je směrování definováno, programováno v konfiguračním souboru směrovacích pravidel (Dial plan). Například v PBX Asterisk je to soubor extensions.conf. Každá pobočka či přenašeč je v patřičném konfiguračním souboru daného rozhraní přidružena k tzv. kontextu (context). Směrování je, jak již bylo uvedeno, realizováno na základě směrovacích pravidel, která obsahují souhrn pravidel pro každý kontext. V souboru extensions.conf tedy nalezneme sekce označené názvy kontextů. V každé z těchto sekcí jsou pravidla, která na základě prefixu volaného čísla specifikují další směrování, obecně průběh dalších akcí platných pro daný prefix čísla. Využito je pravidlo s nejlepší shodou v prefixu. Kontexty tak reprezentují skupiny poboček a přenašečů s daným oprávněním. Princip směrování v PBX Asterisk je naznačen na Obr. 15. Skupiny poboček context = kontext_1 Směrování - Dial plan Směrovací pravidla Svazky - TG Přenašeč 1 ( trunk ) Přenašeč 2 ( trunk ) context = kontext_cizi context = kontext_2 Obr. 15: Směrování hovorů v PBX Asterisk. 2.4 Služby PBX Jak již bylo uvedeno, pobočkové ústředny jsou charakteristické pestrostí služeb. Krom základní funkce, tj. realizace hovorového spojení, efektivního směrování hovorů, které bylo uvedeno v předchozí kapitole, jsou to především služby v průběhu volání a v průběhu hovoru. Jedná se o přidržení hovoru, přepojení volání, předání a převzetí hovoru, převzetí volání, atd. Efektivní využívání těchto základních služeb vyžaduje, jak již bylo uvedeno, speciální tzv. systémové telefony, které průběh vlastní operace s telefonem usnadňují. Tuto skutečnost si uvědomili i někteří výrobci hardware pro Open Source PBX a např. Digium, hlavní sponzor projektu Asterisk začal nabízet systémové telefony pro PBX Asterisk. Mezi další služby patří individuální a společné zkrácené volby, konferenční hovory, hlasové schránky, automatická distribuce hovorů, atd. Jedná se o poměrně rozsáhlou problematiku, a proto se jí budeme věnovat v samostatné kapitole č Tarifikace v PBX Vnitřní hovory v rámci pobočkové ústředny se nezpoplatňují. Je však potřeba zaznamenávat a následně zpracovávat údaje o volání jednotlivých poboček do veřejné sítě pro účely následného rozúčtování. Pro výpočet se používá délka a čas hovoru. Tarifikační software, ač je ke každé ústředně dodáván i výrobcem nabízí hned několik tuzemských firem.

21 Telekomunikační a informační systémy 21 Důvodem je nutno udržovat databázi tarifů jednotlivých tuzemských operátorů. Vypočtená cena hovoru pak slouží pro rozúčtování platby mezi např. středisky dané firmy. Programy často umí generovat účetní doklady, nebo jsou přímo součástí informačních či účetních systémů. 2.6 Výrobci PBX, popis vybraných PBX a jejich konfigurace Níže je uveden seznam známých výrobců PBX a některé jejich výrobky: AASTRA: řada Aastra , Business Phone a MX-ONE (dříve Ericsson) Alcatel-Lucent: Omni PCX Office, OmniPCX Enterprise Avaya: řady S8xxx Media Server, Gxxx Media Gateway, IP Office Cisco Systems: CallManager, IP Communications System Panasonic: řady KX-TEx, KX-TDA, TX-TDE, KX-NCP Siemens: řady HiPath 2000, 3500, 3800, 4000 a řada dalších: Inter-tel, LG-Nortel, NEC, Philips, Samsung, Toshiba Někteří domácí výrobci: 2N: Ateus-NetStar, Omega PhoNet: PhoNet 3000, PhoNet 7000 Telesis: PX-24 u, PX-24 m, PX-24 s, PX-24 IP Pro detailnější představu hardwaru pobočkových ústředen si nyní popíšeme trojici pobočkových ústředen, které naleznete v laboratoři předmětu MTIS. Bude se jednat o systémy, řazeno dle velikosti od nejmenšího systému, Panasonic KX-NCP500, Siemens HiPath 3500 a Alcatel-Lucent OmniPCX Enterprise PBX Panasonic KX-NCP500 Ústředny Panasonic [ 23 ] KX-NCP tvoří novou řadu malých IP pobočkových ústředen. V současné době jsou nabízeny dvě varianty: KX-NCP500 až pro 156 poboček a KX-NCP1000 až pro 172 poboček (dále jen Pp), viz Obr. 16. Rovněž jsou nabízeny IP ústředny: KX-TDE100 (256 Pp), KX-TDE200 (256 Pp), KX-TDE600 (432 Pp), digitální ústředny s VoIP bránami KX-TDA 15/30/100/200/600 a SIP server NS 1000 (1000Pp). Obr. 16: Pobočkové ústředny Panasonic KX-NCP1000 a KX-NCP500.

22 22 FEKT Vysokého učení technického v Brně Ústředna obsahuje základní modul MPR Obr. 17, obsahující procesorovou jednotku, modul hlasových schránek (EVM) a moduly VoIP-DSP. Systémy lze dále rozšířit pomocí 2 pozic plné délky a 3 pozic zkrácené délky. Obr. 17: PBX KX-NCP500 a základní modul MPR. Pobočková ústředna má modulární výstavbu a jsou k dispozici tyto rozšiřující moduly: - SLC 8/16 analogových koncových zařízení, - DLC 4/8/16 proprietárních digitálních koncových zařízení, - DHLC 4 hybridních analog/digitální proprietární rozhraní, - LCOT 4 analogových vnějších přenašečů, - BRI 2 ISDN BRI přenašeče, - LCOT 4 analogových vnějších přenašečů, - BRI 2 ISDN BRI přenašeče, - PRI 30, PRI 23 ISDN PRI přenašeč, - E1 přenašeč, T1 přenašeč, - OPB3 rozšiřující karta 3 pozice: MSG4-DISA, DPH2/4 otvírání dveří, EIO4 externí relé, ESVM2/4 rozšiřující EVM, ECHO16 potlačení ozvěny. Rovněž jsou dodávány i bezdrátové základnové stanice umožňující připojení DECT bezdrátových telefonů, systémové telefony Panasonic, a to jak digitální s dvoudrátovým proprietárním rozhraním, tak VoIP telefony s proprietárním protokolem firmy Panasonic IP-PT. Provoz řady komponent je omezen licencemi. Například pro každou VoIP SIP pobočku je nutno zakoupit licenci, stejně tak pro každý okruh IP trunku s protokolem SIP. Obr. 18: Konfigurační program PBX NCP500 Unified Maintenance Console.

23 Telekomunikační a informační systémy 23 PBX lze konfigurovat pomocí aplikace PBX Unified Maintenance Console, viz Obr. 18, která umožňuje jak On-line, tak Off-line konfiguraci. Při On-line konfiguraci se každá změna v nastavení okamžitě aplikuje v ústředně, což vede k prodlevám, nutnosti čekání po potvrzení dané tabulky. Při Off-line konfiguraci nejprve načteme databázi a po provedení úprav ve všech požadovaných tabulkách ji zašleme zpět do ústředny PBX Siemens HiPath 3500 Pobočkové ústředny Siemens [ 25 ] řady HiPath 3000 tvoří řadu středně velkých pobočkových ústředen (až 500 Pp). Dále jsou nabízeny řady: HiPath 2000 (malé PBX o cca 30 Pp), HiPath 4000 (velké PBX dle konfigurace až cca Pp) a HiPath 8000 (IP ústředna). Jednotlivé systémy lze však také spojovat, přičemž konfigurace celé sítě je možná z jednoho pracoviště. Takto lze pomocí více PBX HiPath 4000 vytvořit síť o cca Pp. Na Obr. 19 je rackové provedení HiPath 3500 a nástěnné HiPath Obr. 19: Pobočkové ústředny Siemens HiPath 3500 a HiPath Ústředna obsahuje základní modul (umístěn v horní pozici), viz Obr. 20, který obsahuje procesorovou jednotku, modul hlasových schránek (EVM) a rozhraní pro připojení: 8 x proprietární digitální koncová zařízení, 2 x ISDN BRI S0/T0 (koncová zařízení / přenašeč ISDN BRI) a 4 x analogová koncová zařízení. Obr. 20: Pobočkové ústředny Siemens HiPath 3500 a HiPath Systémy lze dále rozšířit pomocí 6 pozic. Jsou nabízeny například rozšiřující moduly: - SLA analogová koncová zařízení, - SLU proprietární digitální koncová zařízení, - TLANI analogové přenašeče, - STLS ISDN BRI rozhraní S0/T0 koncové / přenašeče, - TS2N ISDN PRI přenašeč, - HXGS3 VoIP brána (192 VoIP zařízení SIP, H323, Systémové).

24 24 FEKT Vysokého učení technického v Brně Jsou dodávány i bezdrátové základnové stanice Siemens BS4 umožňující připojení proprietárních bezdrátových telefonů technologií Cordless, systémové telefony Siemens řady OpenStage. Provoz řady komponent je omezen licencemi. Například pro každou VoIP pobočku je nutno zakoupit licenci, rovněž tak i licenci každého okruhu ISDN PRI přenašeče, IP trunku, atd. PBX lze konfigurovat pomocí aplikace HiPath 3000 Manager C/E, viz Obr. 21, která umožňuje Off-line konfiguraci. Po načtení databáze a po provedení úprav ve všech požadovaných tabulkách ji můžeme zaslat zpět do ústředny. Obr. 21: Konfigurační nástroj Hipath 3000 Manager E PBX Alcatel-Lucent OmniPCX Enterprise Ústředny Alcatel-Lucent řady OmniPCX Enterprise (zkráceně OXE) [ 1 ] tvoří řadu velkých pobočkových ústředen až Pp. Vyráběny jsou i malé ústředny OmniPCX Office (OXO) s kapacitou cca 200 Pp. Obr. 22: PBX OXE v provedení Crystal a Media Gateway pro Common Hardware.

25 Telekomunikační a informační systémy 25 OmniPCX Enterprise je dodávána ve dvou provedeních: Common Hardware, kdy je použit běžný server a Media Gateway (Obr. 22 vpravo) a Crystal, kdy je použit specifický hardware (Obr. 22 vlevo). Operační systém ústředny Chorus MIX je založen OS Linux Red Hat. Výkonnostní parametry systému jsou: hovorů v hlavní provozní hodině (BHCC) a spolehlivost 99,99%. Jedna ústředna může obsluhovat až IP poboček (SIP/proprietárních), až poboček (TDM/proprietárních, DECT, analogových poboček), až SIP trunků. V jedné centrálně spravované síti může být až 100 ústředen a až IP/TDM poboček. Lze však vytvořit i tzv. supra-network s 250 ústřednami a více jak 1 milionem poboček. Je dodávána celá řada karet. Zde se pro větší přehlednost zmíníme pouze o kartách instalovaných v naší laboratorní ústředně: - CPU7-2 procesorová deska, - GPA2 deska hlasových průvodců, - INT-IP3 deska VoIP brány, obsahující G.729/G.723 kompresory, - ez32 deska 32 analogových telefonů, - eua 32 deska 32 digitálních telefonů 3B+D firmy Alcatel VN3 a VN4, - NDDI2-2 8 analogových přenašečů, - PCM E1 PCM 2 Mb/s se signalizací CAS s R2 kódem, - NPRE-2 2x E1 ISDN PRA 30B+D. Rovněž jsou dodávány i bezdrátové základnové stanice, umožňující připojení DECT bezdrátových telefonů, proprietární telefony a další. Provoz řady komponent je omezen licencemi. Cenu ústředny tvoří cena hardware a licencí, která může být dominantní složkou. Konfiguraci lze realizovat pomocí konzole (telnet, SSH) v textovém režimu nebo pomocí programu OmniVista 4760, viz Obr. 23, jehož použití je licencováno a vázáno na každou ústřednu. Obr. 23: Konfigurační nástroj OmniVista 4760.

26 26 FEKT Vysokého učení technického v Brně 3 Pobočkové telefonní ústředny s otevřeným kódem Pobočkové ústředny s otevřeným kódem (Open Source PBX) jsou, podobně jako celá řada Open Source projektů, fenoménem poslední doby. Počátek lze datovat do roku 1999, kdy Mark Spencer, čerstvý absolvent Auburn University v Alabamě, napsal pro Linux svůj software realizující pobočkovou ústřednu s hlasovou poštou, údajně nebylo na PBX dost prostředků [ 34 ]. Výsledek své práce zveřejnil jako Open Source a nazval Asterisk. O tři roky později zakládá firmu Digium, která projekt Asterisk sponzoruje z technické podpory a z prodeje vlastního hardware pro PBX Asterisk. Následně vznikla a stále vzniká celá řada dalších projektů PBX s otevřeným kódem, ale Asterisk stále dominuje. V této kapitole se zmíníme i o některých z nich, ale s ohledem na přehlednost budou jednotlivé probírané problematiky v těchto skriptech vždy demonstrovány na konfiguraci PBX Asterisk. Rovněž tak v laboratorních cvičeních je PBX Asterisk věnována více jak polovina úloh. PBX s otevřeným kódem jsou vytvořeny pro běžný hardware (běžná PC či servery) a pro zajištění IP telefonie nevyžadují žádný specifický hardware. PBX s otevřeným kódem pracuje jako softswitch, jedná se o telefonní aplikaci, kde spojovací úlohy jsou realizovány softwarově. Pro vazbu na specifická telefonní rozhraní (POTS, ISDN, E1), která běžná PC neobsahují, je nutno doplnit telefonní karty nebo externí Media Gateway. Sponzory těchto projektů jsou často výrobci toho specifického hardware pro PBX s otevřeným kódem. Tento hardware je zpravidla navržen s ohledem na co nejnižší cenu, řada úloh je opět realizována softwarově a značně zatěžuje procesor. Uplatnění těchto PBX je velmi široké od běžných uživatelů v malých a středních firmách zpravidla využívající PBX s uzavřeným kódem založenou na PBX s kódem otevřeným, poskytovatele VoIP telefonie až pro operátory. Výhodou ústředen s otevřeným kódem je právě jejich otevřenost a široká podpora různých rozhraní. To umožňuje řešit někdy problematickou vazbu mezi různými zařízeními. Signalizační a media konvertory jsou jednou s aplikací ústředen s otevřeným kódem. Mezi nejznámější PBX s otevřeným kódem patří: Asterisk (Linux) FreeSWITCH (Linux, Win) YATE yate.null.ro (Linux, Win) SIP Express Router (Linux, Win) a další: tribox, elastix, CallWeaver, GNU Gatekeeper, sipxecs. PBX s otevřeným kódem můžeme dále rozdělit na tzv. hybridní, které zajišťují jak IP telefonii, tak vazbu na specifická telekomunikační rozhraní (Asterisk, FreeSWITCH, YATE) a na PBX zajišťující IP telefonii či dokonce pouze jeden typ signalizačního protokolu (SIP Express Router). PBX s otevřeným kódem lze konfigurovat pomocí textových souborů a spravovat z příkazové řádky nebo využít některou z grafických, zpravidla webových, nadstaveb. V tomto textu se budeme věnovat prvnímu způsobu, který nám umožní lépe porozumět dané problematice a po jeho zvládnutí nebude činit potíže i případná konfigurace v grafické nástavbě. Řada grafických nástaveb má krátkou životnost, či struktura konfiguračních menu se může v čase měnit, a tak znalost základního konfiguračního přístupu je účelnější. V následujících kapitolách budou uvedeny pobočkové ústředny s otevřeným kódem Asterisk, FreeSWITCH a YATE. Bude uvedena jejich charakteristika, architektura, verze, odkazy na dokumentaci a zdrojové soubory, popis instalace a přehled důležitých konfiguračních souborů.

27 Telekomunikační a informační systémy PBX Asterisk PBX Asterisk je nejrozšířenější pobočkovou ústřednou s otevřeným kódem a čítá největší Open Source komunitu v oblasti pobočkových ústředen. Asterisk je rovněž komerční produkt firmy Digium, která pro něj nabízí placenou podporu a hardware kompatibilní s vlastním ovladačem DAHDI (Digium/Asterisk Hardware Device Interface). PBX Asterisk je hybridní ústřednou podporující jak okruhově spojované technologie, tj. TDM E1/T1, ISDN PRI/BRI, analogové linky POTS, tak VoIP technologie, kde podporuje signalizační protokoly SIP, IAX2, H.323, MGCP, Skinny, atd., protokoly pro multimediální přenos a správu přenosu, má implementovánu celou řadu kodeků, podporuje šifrování signalizace i multimediálního přenosu. uživatelské aplikace, hlasové schránky, konferenční hovory a další aplikace. Asterisk Application API kodeky ADPCM, G.711 A/ -law, G.729, G.728, GSM G.723.1, G.729, atd. Codec Translator API Codec Translator Application Launcher PBX Switching Core Scheduler and I/O Manager Dynamic Module Loader Asterisk File Format API ovládání čtení a zápis různých souborových formátů pro ukládání dat v souborovém systému Obr. 24: Asterisk Channel API kanály SIP, H.323, IAX2, MGCP, DAHDI (POTS, ISDN BRI/PRI), další hardware Architektura a rozhraní PBX Asterisk. Architekturu PBX Asterisk uvádí Obr. 24 [ 9 ]. Systém je navržen tak, aby zprostředkovával spolupráci mezi libovolnou telefonní aplikací a telefonními rozhraními (VoIP, TDM/analog). Jádro PBX Asterisk se skládá z těchto částí: PBX Switching Core přepojovací jádro transparentně spojující příchozí volání na jednotlivých HW a SW rozhraních. Application Launcher spouštěč aplikací zajišťujících jednotlivé služby. Codec Translator realizuje transkódování zvukových kompresních formátů. Scheduler and I/O Manager ovládání rozvrhování nízko-úrovňových úloh a systémového řízení pro dosažení optimálního výkonu dle stavu zatížení. Dynamic Module Loader modul, který po startu sytému zavede a inicializuje moduly Asterisku, kanálů, souborových formátů, kodeků i aplikací a provede slinkování s interními API rozhraními.

28 28 FEKT Vysokého učení technického v Brně Jak je z Obr. 24 patrno, jádro má čtyři API (Application Programming Interface) rozhraní: Asterisk Channel API: VoIP protokoly (např. SIP, H.323) a vazby na ovladače hardwarových karet (DAHDI, misdn) jsou implementovány jako tzv. kanály (channels) komunikující s jádrem PBX Asterisk prostřednictvím Asterisk Channel API rozhraní. Asterisk Application API realizuje vazbu mezi aplikacemi a jádrem PBX Asterisk. Například hovorové spojení, tj. základní služba ústředny, je implementována jako aplikace Dial. Asterisk File Format API realizuje vazbu na souborový systém. Codec Translator API realizuje vazbu mezi kodeky a jádrem PBX Asterisk. Tato koncepce s API rozhraními umožňuje docílit oddělení jádra PBX od aplikací, rozhraní, kodeků a souborového systému, a tím dává možnost dalšího rozšíření ústředny o nové aplikace, telefonní rozhraní (např. nové VoIP protokoly), nové kodeky atd Verze PBX Asterisk V Tab. 2 jsou uvedeny verze PBX Asterisk, datum vydání a plánovaná doba bezpečnostních oprav a podpory. Vždy se střídá verze se standardní podporou s verzí s dlouhodobou podporou LTS (Long Term Supported). Například od verze 1.6 je podporováno šifrování SIP signalizace, od verze 1.8 i šifrování multimediálního přenosu SRTP. K větší změnám dochází od verze 10, kde je změněn typ databáze z Berkeley DB na SQLite3, jsou k dispozici širokopásmové kodeky a je zvýšena stabilita i výkonnost, což mohu dle vlastních testů potvrdit. Písmeno X za číslem verze v Tab. 2 naznačuje, že každá verze má rovněž své pod-verze, a to několik desítek. Před vydáním každé pod-verze jsou vydávány rovněž testovací s označením rcx. Před upgradem je vhodné vždy důkladně prostudovat realizované změny, popř. ověřit funkčnost vlastní konfigurace na testovacím serveru. Může se lehce stát, že díky změnám, které mohou být i zásadní v rámci pod-verzí, nebude vše správně pracovat. Zejména pro začínající uživatele vytvořili autoři druhou větev AsteriskNOW, která obsahuje krom PBX Asterisk i celý operační systém s potřebnými balíčky, grafickou nadstavbu a je distribuována v ISO formátu, tedy jako instalační DVD. Pro komerční, spolehlivé využití je k dispozici větev Certified Asterisk, jejíž verze jsou podrobeny důkladnému testování a jsou vydávány 2 4 do roka. Pro Certified Asterisk je k dispozici placená podpora a jsou vyráběny i systémové IP telefony, podporované modulem DPMA (Digium Phone Module for Asterisk). Tab. 2: Verze PBX Asterisk a plánovaná doba podpory. bezpečnostní verze typ verze vydáno opravy ukončena podpora 1.4.X LTS X Standard X LTS X Standard X LTS X Standard X LTS (plán)

29 Telekomunikační a informační systémy Dokumentace a zdrojové soubory Návody na konfiguraci a instalaci PBX Asterisk nalezneme na řadě webových stránek. Dokumentace autorů k jednotlivým verzím nalezneme na stránce: Řadu návodů nalezneme na stránkách ale pozor, některé z nich jsou bez označení pro starší verze PBX Asterisk. Nejaktuálnějším zdrojem informací pro konfiguraci nalezneme vždy v komentářích obsažených ve vzorových konfiguračních souborech, a proto je vhodné si je po instalaci zálohovat do jiné složky. Zdrojové soubory, pokud se rozhodneme pro instalaci ze zkompilovaných zdrojových souborů, nalezneme na stránkách: Užitečná je i stránka kde si můžeme zdrojové soubory a změny v nich prohlédnout. Na internetu nalezneme pro PBX Asterisk rovněž celou řadu grafických nadstaveb, aplikací, kodeků a zvukových souborů v národních variantách. Některé z nich jsou zpoplatněny, například kodeky G a G.729. Tyto kodeky, pro testovací účely, nalezneme na stránce: Instalace PBX Asterisk PBX Asterisk lze nainstalovat na celé řadě distribucí OS Linux. V dalším textu se zaměříme pouze na uživatelsky-přátelskou distribuci Ubuntu, kterou lze uživatelům bez hlubší znalosti OS Linux doporučit. Pokud máte na svém PC nainstalován OS Windows a odrazuje Vás nutnost instalace OS Linux, můžete s výhodou využít některou z virtualizačních platforem, které jsou rovněž zdarma, např. VirtualBox či VMware Player. PBX Asterisk lze instalovat buď z balíčků, anebo ze zkompilovaných zdrojových souborů. Instalace z balíčků je jednoduchá, neboť balíček s PBX Asterisk je standardně obsažen v řadě distribucí OS Linux, stejně tak je tomu i v OS Ubuntu. Bohužel často se jedná o starší verze PBX Asterisk, nicméně lze nalézt i repozitáře s aktuálními verzemi pro danou distribuci. Pro instalaci z balíčku v OS Ubuntu můžeme využít grafického rozhraní Centra software pro Ubuntu nebo v příkazové řádce standardní nástroj apt-get: apt-get install asterisk resp. sudo apt-get install asterisk Instalace ze zkompilovaných zdrojových souborů je nezbytná pokud chceme modifikovat zdrojové soubory, integrovat hardware či software, ke kterému jsou dostupné jen zdrojové soubory, instalovat nejnovější verzi, či instalovat na systém, ke kterému není balíček k dispozici a v řadě dalších případů. Před kompilací je nejprve nutno doinstalovat některé balíčky: apt-get update apt-get install linux-headers-`uname -r` bison openssl libssl-dev libeditline0 libeditline-dev libedit-dev gcc make g++ php5-cli mysql-common libmysqlclient15-dev libnewt-dev ncurses-dev subversion libxml2-dev sqlite3 libsqlite3-dev

30 30 FEKT Vysokého učení technického v Brně Poté je nutno opatřit zdrojové soubory, a to buď přímým stažením s pomocí nástroje wget: wget a takto získaný archiv rozbalit do složky: /usr/src/asterisk Nebo lze získat zdrojové souborů ze serverů SVN nebo GIT. cd /usr/src svn co asterisk Výhodou je zde snadný update stejným příkazem. Vlastní kompilaci a následnou instalaci ze zdrojových souborů, uložených v /usr/src/asterisk, realizujeme sledem příkazů:./configure... ověření, že systém obsahuje vše co je nezbytné make menuselect...v okně vybereme požadované komponenty instalace make... kompilace make install... instalace make samples... uložení vzorových konfiguračních souborů do /etc/asterisk Asterisk lze v případě potřeby odinstalovat příkazy make uninstall nebo make uninstall-all Spuštění PBX Asterisk a základní obsluha z konzole PBX Asterisk lze spustit příkazem asterisk, popřípadě nastavit automatické spuštění při startu systému. Provozujeme-li systém ve veřejné síti, je vhodné nespouštět PBX Asterisk s oprávněním root, neboť PBX Asterisk umožňuje například i spouštět skripty a jednalo by se tak o potenciální bezpečnostní riziko. Do konzole ústředny, viz Obr. 25, se přihlásíme příkazem asterisk -rvvv, kde počet v udává úroveň debug výpisů konzole, tj. míru upovídanosti. Opustit konzoli můžeme příkazem exit, restartovat ústřednu core restart now a zastavit core stop now. Užitečná klávesa je i tabelátor, která zobrazuje nabídku dostupných příkazů, která je závislá na načtených modulech. Obr. 25: Konzole PBX Asterisk.

31 Telekomunikační a informační systémy Konfigurační soubory PBX Asterisk Nejprve uvedeme přehledně umístnění důležitých souborů PBX Asterisku v OS Linux Ubuntu: Konfigurační soubory *.conf jsou ve složce: /etc/asterisk Moduly PBX Asterisk *.so jsou ve složce: /usr/lib/asterisk/modules asterisk.pid je ve složce: /var/run/asterisk Databáze astdb.sqlite3 a některé další jsou ve složce: /var/lib/asterisk Log soubory a CDR (Call Detail Records) jsou ve složce: /var/log/asterisk Zvukové soubory jsou ve složce: /var/lib/asterisk/sounds /en, /cz Do /var/lib/asterisk/sounds/cz můžete uložit české hlášky dostupné na internetu. Pozor umístnění souborů lze změnit v konfiguračním souboru asterisk.conf. Konfigurační soubory *.conf můžeme, jak uvádí Obr. 26, rozdělit na: Soubory pravidel směrování hovorů. Soubory kanálů, tj. soubory konfigurace protokolů a rozhraní. Soubory konfigurace služeb a vlastní aplikace. Směrování extensions.conf (směrovací plán) extensions.ael extensions.lua extconfig.conf sip.conf mgcp.conf h323.conf skinny.conf misdn.conf Soubory kanálů iax.conf gtalk.conf chan_mobile.conf jabber.conf konfigurace rozhraní DAHDI a WANPIPE chan_dahdi.conf wanpipe.conf asterisk.conf modules.conf features.conf cli.conf codecs.conf meetme.conf confbridge.conf queues.conf agents.conf....conf Obr. 26: Přehled a rozdělení konfiguračních souborů PBX Asterisk. Konfigurační soubory mají textový charakter a lze je modifikovat textovým editorem. Pozor na úpravu v OS Windows, kdy je nutné použít vhodný editor např. PSpad. Význam některých znaků a zápisů: ; středník slouží pro oddělení komentáře, =, => jsou ekvivalentní znaky, tj. interpretace je stejná, vhodná volba či dle zvyklosti usnadňuje lepší orientaci v konfiguračních souborech, znak mezery je ignorován, [sekce] hranaté závorky definují začátek sekce, objektu, klic = hodnota naplnění proměnné, změna defaultní hodnoty, [sekce2] objekt => option deklarace objektu. objekt2 => op1,op2 Způsoby zápisu deklarací objektů v konfiguračních souborech můžeme rozdělit do tří základních typů [ 19 ], [ 9 ]: Simple Group, Option Inherence, Complex Entity Object.

32 32 FEKT Vysokého učení technického v Brně Simple Group Jednoduchá skupina, kdy všechny parametry objektu jsou deklarovány na jednom řádku: [sekce] objekt1 => op1,op2,op3 objekt2 => op1,op2,op3 Využívá se zejména v souborech extensions.conf, voic .conf, meetme.conf a dalších. Příklad z extensions.conf : [interni] exten => 100,1,Dial(SIP/ucet5) exten => 200,1,Dial(dahdi/1) Option Inherence Využívá se v souborech, kde velké množství objektů má stejné parametry. Jako parametry objektu se uplatní všechny uvedené nad deklarací objektu: [sekce] op1 = abc op2 = 15 objekt => 1 objekt 1 bude mít parametry op1 = abc, op2 = 15 op2 = 30 objekt => 2 objekt 2 bude mít parametry op1 = abc, op2 = 30 Využívá se zejména v souboru chan_dahdi.conf, kde objekty odpovídají přímo kanálům rozhraní DAHDI Complex Entity Object Využívá se v souborech, kde je velké množství odlišných entit. Jedná se o nejčastější formát. [entita1] op1 = abc op2 = 15 [entita2] op1 = abc op2 = 30 Využívá se zejména v souborech sip.conf, iax.conf a řadě dalších. Každý soubor zpravidla obsahuje jako první sekci [general], kde je uvedena globální konfigurace. Entity jsou svázány s odpovídající sekcí směrovacího plánu pomocí položky context Směrování hovorů v PBX Asterisk a minimální konfigurace Každá pobočka, přenašeč, kanál je v odpovídajícím konfiguračním souboru přidružena kontextu context. Směrování je realizováno na základě směrovacích pravidel, tzv. Dialplanu, který je umístněn v souboru extensions.conf. Dialplan obsahují souhrn směrovacích pravidel pro každý kontext. Nejčastěji na základě prefixu volaného čísla je využito pravidlo s nejlepší shodou. Kontexty tak reprezentují skupiny poboček s daným oprávněním. Tento princip je naznačen na Obr. 27. Pobočky 500 a 501 jsou v souboru sip.conf přidruženy do kontextu kontext_1, pobočky 400 a 401 do kontextu kontext_2 a vnější rozhraní do kontextu kontext_cizi.

33 Telekomunikační a informační systémy 33 Přijde-li například požadavek na hovor z pobočky 500, uplatní se pro něj pravidla v sekci kontext_1, kde vidíme možnost volat trojmístná čísla začínající na číslici 4 nebo 5. Vnější volání z přenašečů spadá pod kontext_cizi, kde je uvedeno pravidlo pro směrování příchozích hovorů s požadavkem čísel na SIP účty Se syntaxí zápisu pravidel směrovacího plánu se budete mít možnost podrobně seznámit v laboratorních cvičeních. Popis naleznete ve skriptech k lab. cvičením [ 27 ]. Skupiny poboček context = kontext_ extensions.conf Směrovací pravidla Svazky - TG Přenašeč 1 ( trunk ) Přenašeč 2 ( trunk ) context = kontext_cizi context = kontext_2 Rozhraní SIP sip.conf: [general]... context=kontext_cizi... [500] type=friend... context = kontext_1... [401] type = friend... context = kontext_2 IAX2 - iax.conf H h323.conf MGCP - mgcp.conf misdn - misdn.conf Směrovací pravidla extensions.conf: [general]... [globals] TR1 = dahdi/g1... [kontext_cizi] exten=>_541145[45]xx,1,dial(sip/${exten:6})... [kontext_1] exten=>_[45]xx,1,dial(sip/${exten})... [kontext_2] exten=>_4xx,1,dial(sip/${exten}) exten=>_0.,1,dial(${tr1}/${exten:1})... [macro-xyz] DAHDI - chan_dahdi.conf a další kanály PBX Asterisk Obr. 27: Směrování hovorů v PBX Asterisk. V kapitole 2.3 bylo uvedeno, že hovorové okruhy vnějších rozhraní jsou sloučeny pro potřeby směrování do svazků. Podobně i v PBX Asterisk u rozhraní okruhově spojovaných technologií, jakým je kanál DAHDI, definujeme v soboru chan_dahdi.conf svazek pomoci položky group=<číslo_svazku>. Hovory na tento svazek pak směrujeme zápisem dahdi/g<číslo_svazku>, viz Obr. 27. V některých konfiguračních souborech, např. chan_misdn je zápis odlišný, kdy názvem svazku je název sekce a parametrem

34 34 FEKT Vysokého učení technického v Brně ports určujeme, které hovorové okruhy patří do tohoto svazku. V konfiguračních souborech VoIP protokolů svazky nevytváříme, protože pomocí jedné definice účtu lze vytvořit více souběžných hovorů. V některých souborech je možno definovat, že se jedná o účet typu trunk nebo i omezit počet souběžných hovorů. Této problematice se budeme věnovat v kapitolách věnovaných konkrétním signalizačním systémům. V případě realizace svazku různými kanály PBX Asterisk nebo různými účty VoIP je nutno vytvořit sloučení směrování přímo v směrovacím plánu v extensions.conf. Je však nutno ověřit a případně ošetřit chybové chování přenašeče tak, aby hovor nezůstával viset na přenašeči v chybovém stavu nebo nedošlo k zacyklení směrování mezi dvěma ústřednami. Na závěr poznamenejme, že směrovací plán lze vytvářet i pomocí různých pomocných grafických nástrojů, např. Visual Dialplan, které automatizovaně vytvoří textový soubor. Ten je však často pro další úpravy, s ohledem na nepřehlednost, zcela nepoužitelný. 3.2 PBX FreeSWITCH PBX FreeSWITCH je jedním z konkurentů projektu PBX Asterisk. Projekt je podporován výrobcem telefonního hardware, firmou Sangoma. PBX FreeSWITCH poskytuje srovnatelné služby s PBX Asterisk. Jeho autoři, původně vývojáři PBX Asterisk uvádí, že je nově, efektivněji napsán a je stabilnější. Konfigurační soubory jsou většinou ve formátu xml, pouze část má textový charakter. Oproti PBX Asterisk je méně rozšířen. Podporuje celou řadu Operačních systémů včetně Windows, Mac OS X, Linux, Solaris, BSD. Mezi hlavní přednosti, uváděné autory, patří [ 8 ]: Threaded Model striktně vláknová (thread) koncepce. Každé volání má vlastní vlákno, jádro využívá vláknovou koncepci. Stable Protected Core kritické datové struktury jsou chráněny, umístněny na jednom místě, vysoko-úrovňový kód ošetřen proti chybnému užití. Sofia-SIP Library (Nokia SIP stack) SIP protokol je implementován s využitím knihovny Sofia-SIP, která je považována za jednu z nejlepších implementací Verze PBX FreeSWITCH V Tab. 3 jsou uvedeny verze PBX FreeSWITCH a datum vydání. V současné době je verze 1.2.X označována jako stabilní. Open Source komunita PBX FreeSWITCH nečítá tolik přispěvatelů jako u PBX Asterisk, a tak vydání nových verzí a podverzí není tak časté Dokumentace a zdrojové soubory Tab. 3: Verze PBX FreeSWITCH. verze vydáno 1.0.X X X beta verze Návody na konfiguraci a instalaci PBX FreeSWITCH nenalezneme tolik, jako v případě PBX Asterisk. V mnoha případech je jediným zdrojem informací dokumentace autorů k jednotlivým verzím na stránce: Nejaktuálnějším zdrojem informací pro konfiguraci nalezneme vždy v komentářích obsažených ve vzorových konfiguračních souborech, a proto je vhodné si je po instalaci zálohovat do jiné složky. Zdrojové soubory, pokud se rozhodneme pro instalaci ze zkompilovaných zdrojových souborů, nalezneme na stránkách: Užitečná je i stránka

35 Telekomunikační a informační systémy 35 kde si můžeme zdrojové soubory a změny v nich prohlédnout. Na internetu nalezneme rovněž pro PBX FreeSWITCH grafické nadstavby, aplikace, kodeky, ale již v menší míře než pro PBX Asterisk. Některé z nich jsou zpoplatněny, například kodeky G a G.729 a implementace signalizace SS7 od firmy Sangoma Instalace PBX FreeSWITCH PBX FreeSWITCH lze instalovat opět buď z balíčků, anebo ze zkompilovaných zdrojových souborů. Instalační balíček PBX FreeSWITCH není v Linux Ubuntu dostupný, ale je nutno přidat repozitář: apt-get install python-software-properties add-apt-repository ppa:freeswitch-drivers/freeswitch-nightly drivers apt-get update apt-get install freeswitch freeswitch-lang-en freeswitch-soundsen-us-callie-8000 Požadujeme-li nejnovější verzi, můžeme si vytvořit vlastní instalační balíček pomocí skriptu dostupného na: Druhou možností je instalace ze zkompilovaných zdrojových souborů. Před kompilací je nejprve nutno doinstalovat některé balíčky: apt-get update apt-get install autoconf automake devscripts gawk g++ git-core libjpeg-dev libncurses5-dev libtool make python-dev gawk pkg-config libtiff4-dev libperl-dev libgdbm-dev libdb-dev gettext sudo openssl libssl-dev Poté je nutno opatřit zdrojové soubory, a to buď přímým stažením s pomocí nástroje wget: wget a takto získaný archiv rozbalit do složky: /usr/local/src/. Nebo lze získat zdrojové souborů ze serverů SVN nebo GIT. cd /usr/local/src git clone git://git.freeswitch.org/freeswitch.git Můžeme zvolit požadovanou verzi 1.2: git clone -b v1.2.stable git://git.freeswitch.org/freeswitch.git Vlastní kompilaci a následnou instalaci ze zdrojových souborů, uložených v /usr/local/src/freeswitch, realizujeme sledem příkazů:./bootstrap.sh./configure make make install Kompilace trvá poměrně dlouho. Následně můžeme doinstalovat zvukové soubory: make all cd-sounds-install cd-moh-install Upgrade lze realizovat snadno příkazem: make current Spuštění PBX FreeSWITCH a základní obsluha z konzole PBX FreeSWITCH lze spustit pomocí příkazu freeswitch nebo na pozadí příkazem freeswitch nc. Do konzole, viz Obr. 28, ústředny se přihlásíme příkazem fs_cli.

36 sofia.conf.xml (SIP) freetdm.conf.xml (Analog, ISDN BRI) opal.conf.xml (H323, IAX2) 36 FEKT Vysokého učení technického v Brně Opustit konzoli můžeme příkazem /exit a zastavit příkazem shutdown. Užitečná klávesa je i tabelátor, která zobrazuje nabídku dostupných příkazů, která je závislá na načtených modulech. Obr. 28: Konzole PBX FreeSWITCH Konfigurační soubory PBX FreeSWITCH Nejprve uvedeme přehledně umístnění důležitých souborů PBX FreeSWITCH v OS Linux Ubuntu: Konfigurační soubory *.xml jsou ve složce: /usr/local/freeswitch/conf Moduly FreeSwitch *.so jsou ve složce: /usr/local/freeswitch/mod freeswitch.pid je ve složce: /usr/local/freeswitch/run Databáze jsou ve složce: /usr/local/freeswitch/db Log soubory a CDR soubory jsou ve složce: /usr/local/freeswitch/log Zvukové soubory jsou ve složce: /usr/local/freeswitch/sounds /en,/cz V standardní konfiguraci jsou předpřipraveny SIP účty s heslem 1234, s pomocí nichž lze ověřit funkčnost. Konfigurační soubory můžeme, jak uvádí Obr. 29, rozdělit na: Soubory pravidel směrování hovorů a soubory registrací. Soubory kanálů, tj. soubory konfigurace protokolů a rozhraní. Soubory konfigurace služeb a vlastní aplikace. Směrování Soubory kanálů.../dialplan/*.xml (směrovací plán) /directory/*.xml (registrace klientů) konfigurace rozhraní WANPIPE a DAHDI wanpipe.conf zt.conf freetdm.conf freeswitch.xml vars.conf modules.conf tones.conf....conf Obr. 29: Přehled a rozdělení konfiguračních souborů PBX FreeSWITCH. Směrovací plán nalezneme ve složce: /usr/local/freeswitch/conf/ dialplan ve formě xml souboru o struktuře: Context Extensions Conditions Actions.

37 Telekomunikační a informační systémy PBX YATE PBX YATE [ 37 ] poskytuje srovnatelné služby s PBX Asterisk a PBX FreeSwitch. Podporuje hardware firem Digium, Sangoma a jemu kompatibilní. Oproti PBX Asterisk i FreeSWITCH nabízí nesrovnatelně větší podporu signalizace SS7. Je to jedna z mála Open Source implementací STP-SS7. Implementovány jsou i protokoly přenosu SS7 přes IP sítě, tj. SIGTRAN a SIP-T. Rovněž jsou zde implementovány technologie GSM a LTE ve spolupráci s Open Source projekty OpenBTS, OpenVoLTE a dalšími. Konfigurační soubory mají textový charakter. Podporuje celou řadu Operačních systémů včetně Windows, Mac OS X, Linux. Autoři uvádí jako největší přednost PBX YATE její message-passing system. Základními komponenty PBX YATE jsou: Core, Message Engine, Telephony Engine a YATE Moduly Verze PBX YATE V Tab. 4 jsou uvedeny verze PBX YATE a datum vydání. Poslední verzí je Dokumentace a zdrojové soubory Tab. 4: Verze PBX YATE. verze vydáno 1.X X X X X X X Dokumentaci k PBX YATE nenalezneme na stránkách a Nejaktuálnějším informace pro konfiguraci nalezneme vždy v komentářích obsažených ve vzorových konfiguračních souborech, a proto je vhodné si je po instalaci zálohovat do jiné složky. Užitečná je i stránka kde si můžeme zdrojové soubory a změny v nich prohlédnout. Kodeky G.729 a G pro testovací účely nalezneme na stránce: Instalace PBX YATE PBX YATE lze instalovat opět buď z balíčků, anebo ze zkompilovaných zdrojových souborů. Instalace balíčků YATE dostupných v dané verzi Linux Ubuntu: apt-get install yate Požadujeme-li novější verzi PBX YATE než obsahuje instalovaná verze OS Linux, lze doplnit repozitář s novými balíčky. add-apt-repository ppa:vpol/yate apt-get update Druhou možností je instalace ze zkompilovaných zdrojových souborů. Před kompilací je nejprve nutno doinstalovat některé balíčky: apt-get update apt-get install build-essential subversion doxygen

38 38 FEKT Vysokého učení technického v Brně Poté je nutno opatřit zdrojové soubory, a to buď přímým stažením s pomocí nástroje wget: wget a takto získaný archiv rozbalit do složky: /usr/src/yate Nebo lze získat zdrojové souborů ze serverů SVN nebo GIT. cd /usr/src svn checkout yate Vlastní kompilaci a následnou instalaci ze zdrojových souborů, uložených v /usr/src/yate, realizujeme sledem příkazů:./autogen.sh./configure --sysconfdir=/etc make & make install ldconfig Spuštění PBX YATE a základní obsluha z konzole PBX YATE lze spustit pomocí příkazu yate -vvvdof, kde počet v udává úroveň debug výpisů konzole, další parametry pak určují časové značky a barevnost výpisů. Na pozadí lze PBX YATE spustit s parametrem d, tedy např.: yate -vvvddof. Do konzole, viz Obr. 30, ústředny se přihlásíme příkazem telnet Opustit konzoli můžeme příkazem quit a zastavit příkazem stop. Užitečná klávesa je i tabelátor, která zobrazuje nabídku dostupných příkazů, která je závislá na načtených modulech. Obr. 30: Konzole PBX YATE Konfigurační soubory PBX YATE Nejprve uvedeme přehledně umístnění důležitých souborů PBX YATE v OS Linux Ubuntu: Konfigurační soubory *.conf jsou ve složce: /etc/yate Moduly YATE *.so jsou ve složce: /usr/local/lib

39 ysipchan.conf yiaxchan.conf H323chan.conf ysigchan.conf ANALOG.conf Telekomunikační a informační systémy 39 yate.pid je vytvořen jen při použití parametru p při spouštění Log soubory a CDR soubory jsou ve složce: /var/log/ (yate.log) Zvukové soubory jsou ve složce: /usr/local/share/yate/sounds Konfigurační soubory můžeme, jak uvádí Obr. 31, rozdělit na: Soubory pravidel směrování hovorů a soubory registrací. Soubory kanálů, tj. soubory konfigurace protokolů a rozhraní. Soubory konfigurace služeb a vlastní aplikace. Směrování regexroute.conf (směrovací plán) regfile.conf (registrace klientů) Soubory kanálů konfigurace rozhraní DAHDI a WANPIPE ZAPcard.conf WPcard.conf yate.conf PBXassist.conf CPUload.conf tonegen.conf....conf Obr. 31: Přehled a rozdělení konfiguračních souborů PBX YATE. Směrovací plán nalezneme ve složce: /etc/yate/regexroute.conf v textové formě. Jednotlivá směrovací pravidla mají tento formát: regulární_výraz = cíl; další parametry Pravidla pro zápis regulárních výrazů nalezneme v dokumentaci, viz výše. Zde uvedeme pouze několik příkladů: ^200$=zap/1; format=alaw Volání na klapku 200 je směrováno na první okruh DAHDI hardware. Zde se jedná o analogovou kartu kompatibilní s ovladačem DAHDI, kdy v PBX YATE je použita zkratka vycházející z původního označení tohoto ovladače firmy Digium, Zaptel. Parametrem je zde typ komprese A-law. ^[2-46]\(..\)$=sig/\0;trunk=ISUP-ANCA Volání na klapky a je směrováno s využitím modulu sig na přenašeč se signalizací SS7, název trunku je ISUP-ANCA. Parametr \0 určuje předání celé volané klapky. Regulární výraz, tedy potažmo volanou klapku, lze pomocí znaku \ rozdělit na dílčí části, na které se lze následně individuálně odkazovat: \0 celá klapka, \1 část mezi 1 a 2 lomítkem, \2 část mezi 2 a 3 lomítkem, atd. ^00\(.*\)$=sip/sip:\1@international.gateway Volání na klapky začínající 00 je směrována na bránu international.gateway protokolem SIP. Počáteční dvě nuly jsou odebrány. Poslední příklad uvádí vstupní normalizaci klapky před směrováním, kdy při volání z rozhraní sig je odebráno poslední číslo a následně je hledána shoda v směrovacím plánu: ${id}^sig/=if ^\(...\)\(.\)$=match \1

40 40 FEKT Vysokého učení technického v Brně 4 Účastnické sady, přenašeče, HW pro Open Source PBX V této kapitole se zaměříme na specifická telefonní rozhraní, a to účastnické sady a přenašeče. Jak již bylo uvedeno, rovněž pro Open Source PBX jsou vyráběny PCI/PCIe karty a brány umožňující implementaci těchto rozhraní v pobočkových ústřednách s otevřeným kódem. Jejich popisu a konfiguraci se budeme věnovat v závěru této kapitoly. Účastnická sada (ÚSa) je rozhraní ústředny sloužící k připojení koncového zařízení telefonního účastníka. Můžeme se setkat s analogovou účastnickou sadou, která umožňuje připojení běžného analogového telefonu (POTS), účastnickou sadou ISDN-BRI nebo v PBX i s proprietárními účastnickými sadami umožňující připojení systémových telefonů. Především se zaměříme na analogovou účastnickou sadu, která zůstává stále perspektivní, z důvodu nízké pořizovací ceny koncových zařízení, i v nejnovějších IP PBX ústřednách. Přenašeč je rozhraní umožňující propojení ústředen, tj. připojení PBX k nadřazené veřejné ústředně, anebo propojení dvojice PBX a vytvoření tzv. příčky. Můžeme se setkat s dnes už neperspektivními analogovými přenašeči, stále využívanými ISDN-BRI přenašeči a E1 přenašeči s různými signalizačními systémy. V IP PBX pak tvoří přenašeč ethernetové rozhraní, jehož popis byl součástí již absolvovaných předmětů z oblasti počítačových sítí. 4.1 Přehled využití účastnických sad a přenašečů v PBX Na následujících několika schématech si budeme demonstrovat různé typy účastnických sad a přenašečů a jejich využití při připojení PBX do nadřazené sítě. Na Obr. 32 je uvedeno připojení malé pobočkové ústředny s využitím analogového přenašeče na straně PBX a analogové účastnické sady na straně nadřazené ústředny [ 9 ], [ 31 ]. Tento způsob připojení PBX již dnes není perspektivní, ale uvedeme si s pomocí obrázku využití dvojice typů modulů vyráběných pro analogové karty pro Open Source PBX. Analogové karty vyráběné pro Open Source PBX je možno osadit moduly FXS (Foreign exchange Station) nebo FXO (Foreign exchange Office). Toto označení zavedla firma Digium, ale převzali jej i ostatní výrobci HW pro Open Source PBX. FXS je modul účastnické sady. Karta při jeho osazení musí být samostatně napájena. Na FXS port lze připojit analogový telefon nebo analogový přenašeč. Modul je zpravidla zelené barvy a bude se jednat o nejčastěji využívaný modul na analogové kartě. Modul FXO je analogový přenašeč, který může být připojen do účastnické sady nadřazené ústředny. Modul je zpravidla červené barvy a dnes jej využijeme jen zřídka. POTS POTS ÚSa ÚSa SP PBX Pn FXO POTS POTS ÚSa ÚSa FXS SP Pn CO Obr. 32: Malá PBX připojená k nadřazené CO pomocí analogového přenašeče.

41 Telekomunikační a informační systémy 41 Obr. 33 uvádí připojení PBX pomocí rozhraní ISDN-BRI 2B+D. S tímto způsobem připojení PBX se můžeme běžně setkat u malých PBX. Dvouvodičová ISDN-BRI přípojka je zakončena na straně uživatele pomocí NT (Network Termination), z nějž vede 4-vodičová sběrnice S 0 (NT). V PBX je přenašeč ISDN-BRI nastaven na rozhraní typu T 0 TE (Terminal Equipment). Zpravidla bývá toto rozhraní označováno S 0 /T 0, protože typ lze na kartě přenašeče nastavit buď jumpery, anebo na kartách pro Open Source PBX často obráceným zasunutím modulu karty, popř. lze vyrobit křížený kabel. Patřičnou konfiguraci NT/TE a typ signalizace je poté rovněž nutno nakonfigurovat v softwaru ústředny, viz kap. 5. malá PBX PSTN POTS POTS ÚSa ÚSa SP Pn T0 S0 NT POTS ISDN BRI 2B+D U ÚSa ÚSa SP POTS ÚSa ÚSa Privátní část CO Pn Obr. 33: Malá PBX připojená k nadřazené CO pomocí ISDN-BRI přenašeče. Na Obr. 34 je připojení větší PBX pomocí 4-vodičového rozhraní E1. V Open Source PBX lze s pomocí karty E1 provozovat celou řadu signalizačních systémů od PCM se signalizací CAS s R2 kódem, přes ISDN PRI 30B+D (resp. 23B+D) s celou řadou signalizačních systémů až po signalizační systém SS7, viz kap. 5. Pomocí jumperů lze zvolit i americkou specifikaci T1 a Japonskou J1. K PBX s uzavřeným kódem jsou zpravidla dodávány karty PRI 30B+D (resp. americká varianta 23B+D) a rovněž tak již neperspektivní PCM karty E1/T1. POTS POTS POTS ÚSa ÚSa ÚSa větší PBX SP Pn PSTN E1 POTS ISDN - PRI (DSS1) (dříve CAS + R2 ) ÚSa Pn CO SP Pn Obr. 34: Velká PBX připojená k nadřazené CO pomocí přenašeče E1. Na posledním Obr. 35 je uvedena IP pobočková ústředna s analogovými účastnickými sadami a směrovač s VoIP bránou obsahující analogovou účastnickou sadu. Analogové účastnické sady jsou velmi populární i v IP pobočkových ústřednách s ohledem na velmi nízké ceny analogových telefonů a rovněž pro možnost využít stávající kabeláže v místě

42 42 FEKT Vysokého učení technického v Brně instalace či dokonce i stávajících analogových telefonů. Zdá se tedy, že analogová účastnická sada zůstává stále perspektivní, a proto se jí budeme věnovat v této kapitole podrobněji. POTS POTS ÚSa ÚSa SP Pn Ethernet SIP (H.323) VoIP poskytovatel POTS ÚSa Směrovač IP PBX Ethernet ÚSa s VoIP bránou POTS SIP (H.323) Internet Obr. 35: Začlenění analogové ÚSa v IP PBX a směrovačích s VoIP bránou. 4.2 Začlenění účastnické sady ve veřejných ústřednách Účastnická sada (ÚSa) zajišťuje napájení účastníka, vyzvánění účastníka, detekuje stav účastníka (zavěšeno/vyvěšeno), detekuje pulsní volbu, atd. V ústřednách generace účastnici účastnickou sadu sdíleli a připojovali se k ní přes koncentrační pole. Důvodem byla její vysoká cena. Byla zde např. koncentrace 512 účastníků na 60 východů. O samostatných účastnických sadách mluvíme až u novějších ústředen 4. generace, jakou je např. Siemens EWSD, Alcatel 1000 S12. Další popis funkcí účastnické sady se bude vztahovat k nim. V dnešní době účastnickou sadu realizuje jeden nebo dva integrované obvody označované jako SLIC (Subscriber Line Interface Circuit) a SLAC (Subscriber Line Access Circuit). POTS, ISDN BRI, malé PBX. Obr. 36: DLU ÚSa LTG TOG CR GS 64 kb/s 4 x E1 2 Mb/s E2 8 Mb/s Začlenění účastnické sady v ústředně EWSD struktura DLU a LTG. V ústředně Siemens EWSD má každý telefonní účastník vlastní účastnickou sadu. Z každé účastnické sady vychází datový tok 64 kb/s. Teprve za účastnickou sadou je zařazeno koncentrační pole, koncentrující 600 až 880 účastníků na 4 x PCM E1 120 okruhů 2 Mb/s. Celý blok je označen jako DLU (Digital Line Unit), viz Obr. 36. Koncentrace, tj. poměr východů k počtu účastníků, je zde tedy kolem 1/8 až 1/5. Mimo uvedených jednotek obsahuje DLU jednotky rozhraní a řídicí jednotky [ 14 ], [ 17 ], [ 31 ]. DLU je připojeno do bloku LTG (Line and Trunk Unit) do kterého vedou 4 x PCM E1 2 Mb/s a vychází z něj 1 x E2 8 Mb/s. Tento blok obsahuje spojovací pole (skupinář) GS (Group Switch), tónový generátor TOG (TOne Generator) a kódový přijímač

43 Telekomunikační a informační systémy 43 CR (Code Receiver). Tónový generátor a kódový přijímač tvoří tzv. tónovou výstroj, která je připojována prostřednictví spojovacího pole GS. Generování a příjem tónové výbavy ÚSa tedy nezajišťuje. Mimo uvedených jednotek LTG obsahuje jednotky rozhraní a řídicí jednotky. V EWSD nenajdeme individuální moduly přenašečů (Pn). Vedení z jiných ústředen jsou zakončena v LTG. Přípojná vedení od jiných ústředen by se neměla podrobovat koncentraci. K tomu také u EWSD nedochází, protože koncentrační stupeň je v DLU. Teprve 8 Mb/s toky E2 jsou zakončeny ve spojovacím poli (SN). V ústředně EWSD je tedy tří-stupňová struktura DLU LTG SN. Například v ústředně Alcatel 1000 S12 je pouze dvoustupňová struktura [ 14 ], [ 17 ], [ 31 ]. To vede k většímu počtu bloků se specifickou funkcí. Analogový účastníci jsou zakončeni v modulu analogových účastníků ASM (Analog Subscriber Module), ISDN linky v modulu ISM (ISDN Subscriber Module) a přípojná vedení z jiných ústředen rozhraním E1 v modulu DTM (Digital Trunk Module). Dále jsou zde jednotky pro připojení vzdálených účastníků prostřednictvím RSU, opět ve dvojím provedení pro analogové účastníky RIM (Remote Interface Module) a IRIM (ISDN Remote subscriber unite Interface Module) pro ISDN. Všechny tyto jednotky jsou připojeny prostřednictvím speciálního 16 bitového rozhraní 4 Mb/s přímo k spojovacímu poli DSN (Digital Switching Network). Tónovou výstroj zajišťuje speciální centralizovaný modul CTM (Clock & Tone Module), připojený přímo k DSN. 4.3 Funkce účastnické sady Každý účastník je zakončen v ústředně na Hlavním Rozvodu (HR) Main Distribution Frame (MDF). HR obsahuje i primární přepěťovou ochranu. Odtud je analogový účastník připojen ke své účastnické sadě (ÚSa) pomocí a-drátu (Ring) o záporném potenciálu baterie -Ub a b-drátu (Tip) zem. Parametry tohoto rozhraní definují doporučení ITU-T řady Q.500, ETSI TBR21. Účastnická sada analogové telefonní stanice má tyto funkce [ 3 ], [ 7 ], [ 26 ], [ 27 ], [ 31 ], [ 35 ]: Napájení Přepěťové ochrany Vyzvánění Dohlížení Kódování signálu Vidlicovou funkci Testování Battery Overvoltage Protection Ringing Supervision Coding Hybrid Testing a-drát (Ring) -Ub POTS HR b-drát (Tip) zem ÚSa Obr. 37: Připojení telefonního účastníka k účastnické sadě.

44 44 FEKT Vysokého učení technického v Brně Účastnická sada funkce napájení Telefonní přístroj je napájen konstantním stejnosměrným proudem většinou cca. 20 ma s napěťovým omezením, viz AV charakteristika Obr. 38. Integrované obvody pro účastnické sady umožňují nastavit tento proud v rozsahu cca ma. V dnešních ústřednách je možno hodnotu proudu nastavit softwarově. V ústřednách prvních generací bylo realizováno napájení z napěťového zdroje přes vinutí relé 2 x 500. Napájecí napětí zde bylo -60 V. Z historické zvyklosti je uzemněn kladný potenciál z důvodů elektrokoroze. Dnes se používá napájecí napětí ve veřejné síti -48 V. Z důvodů nabíjení baterií je prakticky přibližně -52 V. V pobočkových ústřednách je napětí nižší, zpravidla 24 V. Napájení konstantním zdrojem proudu umožňuje minimalizovat vliv délky vedení na napájení telefonního přístroje. Mezní parametry vedení jsou 2 x 800 a 0,5 F. Vedení o průměru 0,4 mm má odpor 270 /km. Odpor telefonu R je 600. U b-a [V] -U bat =52V R smyčky +R Telefonu Oblast konstantního napětí Oblast konstantního proudu I k =20mA I smyčky [ma] Obr. 38: Funkce napájení ÚSa Ampér-voltová charakteristika účastnické sady Účastnická sada přepěťová ochrana Přepěťová ochrana chrání účastnickou sadu proti přivedení cizího napětí, blesku. Přepěťová ochrana je několika-stupňová. Primární ochrana je umístněna na hlavním rozvodu (HR). Zde jsou bleskojistky, které dokážou pohltit proudový impuls kolem 500 A po dobu cca. 1 ms, ale jejich reakce je pomalá, cca. 1 μs. Další ochrana je na vstupu účastnické sady, která je tvořena např. varistory, transily, které dokáží pohltit až 100 A, s reakční dobou cca. 10 ns. Do série s přípojným vedením se vkládají PTC termistory, jako ochrana před proudovým přetížením. Přímo před IO účastnické sady je zapojena poslední ochrana, tvořená několika diodami, které chrání IO před napětím mimo rozsah napájecího Účastnická sada funkce vyzvánění Vyzvánění je realizováno střídavým napětím o efektivní hodnotě 75 V, 25±2 Hz superponovaným na záporné napětí baterie -Ub, viz Obr. 39. Vyzvánění je realizováno přerušovaným signálem zvonění/mezera 1/4 s. U pobočkových ústředen se používají i jiné kombinace, např. 0,3 / 0,3 / 0,3 / 4 s, pro signalizaci hovoru z vnitřní sítě PBX. V moderních PBX lze definovat vlastní profily. Telefon by měl být schopen detekovat signál už o 25 V efektivních. V některých zemích se používá 50 Hz.

45 Telekomunikační a informační systémy 45 V mezeře mezi prvním a druhým zvoněním se přenáší identifikace volajícího CLIP (Calling Line Identification Presentation). Z hlediska implementace vyzvánění do USá může být vyzváněcí proud přiveden externě, např. pomocí relé, nebo dnes častěji pomocí polovodičových součástek. Zde se může jednat o centrální modul vyzvánění pro celou ústřednu, jak tomu bylo zejména dříve, nebo společný modul pro několik desítek účastnických modulů. Vyrábějí se i IO účastnických sad, které umí generovat aproximovaný průběh vyzváněcího signálu na principu spínaného zdroje. U [V] 50 1s 4s t [ms] Obr. 39: Průběh vyzváněcího signálu účastnické sady Účastnická sada funkce dohlížení Jedná se o dohled nad stavem účastníka, tj. vyvěšeno (off-hook) nebo zavěšeno (on-hook). Obvody účastnické sady sledují stejnosměrný proud smyčky a předávají tuto informaci nadřazeným blokům. Stejnosměrný proud smyčky musí být při zavěšení menší než 0,5 ma (typicky 0,05 ma). Detekuje se pokles o 2 ma. Odpor smyčky je větší než 100 k typicky je větší než 1 M. Stejnosměrný proud smyčky při vyvěšení je 15 až 60 ma. Odpor smyčky je menší než 2 k. Na základě doby trvání a logickém stavu je vyhodnoceno, zdali se jedná o vyzvednutí, tj. uzavření proudové smyčky po dobu delší než 300 ms, zavěšení, tj. přerušení proudu smyčky na dobu delší než 400 ms, pulsní volbu, tj. pulsy 40/60 ms či signál FLASH, tj ms. Pomocí signálu FLASH můžeme přidržet stávající hovor, realizovat další a poté se vrátit k původnímu hovoru. V dřívějších ústřednách se místo signálu FLASH používalo tzv. zemnící tlačítko, které a-drát uzemnilo. Při vyzvednutí sluchátka musí účastnická sada ihned ukončit vyzvánění, a to bez ohledu na povel daný řízením Účastnická sada kódování signálu V digitálních ústřednách je nutno realizovat digitalizaci analogového signálu. Analogový signál je nutno nejprve kmitočtově omezit na 0,3 3,4 khz a navzorkovat vzorkovacím kmitočtem 8 khz. V dnešních IO se realizuje vzorkování vyššími kmitočty, což umožňuje jednodušší číslicovou filtraci a další číslicové zpracování. Poté je realizována komprese A-law (resp. μ-law v Americe a Japonsku). Výsledkem je datový tok 64 kb/s. IO pro tyto účely obsahuje tedy kodér, dekodér a filtry, a proto se tyto obvody či dílčí blok obvodu označuje COFIDEC. Obrázek Obr. 40 uvádí průběh číslicového zpracování v IO účastnické sady [ 16 ]. Ve spodní části je uvedena informace o bitovém rozlišení a vzorkovacím kmitočtu v každé části číslicového zpracování realizovaného v IO účastnické sady COFIDEC.

46 46 FEKT Vysokého učení technického v Brně H i gh P a s s Fi l t e r ( H PF ) V I N D GI N A X * A D C D e c i - ma to r D e c i - ma to r + GX X L P F & HP F * * Com - pr e s s or T SA T X Full D ig i ta l L oopba c k ( F D L) A I S N * Z * B * * P r og r a mm a bl e b l oc ks V O U T Obr. 40: 16 b / 64 k H z 16 b / 32 k H z 16b /16 kh z 8b /8 k H z 64 k b /s Číslicové zpracování signálu v integrovaném obvodu účastnické sady. V jednotlivých zemích je často odlišně specifikována impedance účastnické sady. To vede k nutnosti odlišné HW realizace vstupních obvodů ÚSa. Moderní IO účastnických sad umožňují programovatelně měnit vstupní impedanci ÚSa bez nutnosti HW změny vstupních obvodů pomocí dvojice programovatelných zpětných vazeb v obvodu SLAC. První tvoří programovatelná zpětná vazba AISN (Analog Impedance Scaling Network) v analogové části obvodu SLAC, kde je možno programovatelně nastavit zesílení, viz Obr. 40. Druhá je realizována číslicovým filtrem Z, tvořeným sekcí FIR a IIR číslicových filtrů. Náhradní schéma vstupní impedance účastnické sady u nás uvádí Obr. 41. Obr. 41: * + A R V R EF D A C I n t e r - p o l a t o r R1 220 C 115n R2 820 Náhradní schéma zapojení vstupní impedance účastnické sady u nás. Pro vlastní návrh poskytuje výrobce obvodu SLAC i návrhový software, s pomocí nějž je možno navrhnout koeficienty číslicových filtrů FIR, IIR a převést je do příslušného formátu. Parametrem návrhu je zejména útlum odrazu RL (Return loss). Obvod v Obr. 40 obsahuje krom AD a DA převodníku, interpolátorů a decimátorů, v nichž je realizováno nad a pod-vzorkování, číslicových horních (HPF) a dolních propustí (LPF), A-law (resp. μ-law) kompresorů a expandérů rovněž blok číslicového potlačení ozvěnového signálu. Jedná se o adaptivní číslicový filtr označený písmenem B. Součástí některých IO je i číslicový tónový generátor umožňující generovat tónovou výbavu (oznamovací, obsazovací, kontrolní vyzváněcí signál, atd.) a signál pro identifikaci volajícího (CLIP) Účastnická sada vidlicová funkce + I n te r - pol a t or G R R L P F * * Expa n d e r Telefonní vidlice zajišťuje převod 2-drátu na 4-drát, což je nezbytná operace pro následnou digitalizaci signálu. Dnes je řešena jako aktivní pomocí operačních zesilovačů. Softwarově lze nastavit, jestli je účastník připojen krátkým, středně dlouhým nebo dlouhým vedením. Většinou však je nastaveno jednotně pro celou ústřednu. Vzniklé echo od nedokonalého vyvážení je minimalizováno při následném číslicovém zpracování signálu, viz blok B v Obr TS A 1 khz T one ( T O N) RX

47 Telekomunikační a informační systémy 47 R R R R OZ2 R R OZ3 4 4 Z L 1 1 Z T /2 OZ1B R R/2 Z T Z V Z T /2 R Z L =Z V 2 OZ1A 2 Obr. 42: Zapojení aktivní vidlice s operačními zesilovači Obr. 42 uvádí zapojení aktivní vidlice s operačními zesilovači (OZ). OZ1A v inventujícím zapojení společně s OZ1B v neinvertující zapojení realizují převod nesymetrického vstupu na bráně 2 na symetrický výstup na bráně 1. Jedná se o tzv. výstupní budič účastnické sady. U brána1 U Z /( Z Z ) (4.1) 2 brána2 L T L OZ2 v diferenčním zapojení realizuje převod symetrického vstupu 1 na nesymetrický. Výstup z OZ1 je zapojen inverzně, a tak je napětí na výstupu OZ2 vůči bráně 2 invertováno. Rovněž je dvojnásobné (OZ1A + OZ1B). U OUT_OZ2 U U Z /( Z Z ) (4.2) IN_brána1 2 brána2 L T L OZ3 je sumační zesilovač a při splnění podmínky vyvážení příspěvku z brány 1, tzv. ozvěny. U brána4 UOUT_OZ2 Ubrána2 ZL /( ZT ZV) { ZL ZV} Z Z dojde k odečtení 2 U (4.3) V IN_brána1 Operační zesilovač telefonní vidlice jsou součástí IO účastnické sady, viz Obr. 44 (LINE DRIVERS, OP AMP, DIFF AMP) Účastnická sada funkce testování Testovací obvody obsahují zpravidla pouze veřejné ústředny. Účastnická sada obsahuje několik relé, které přivedou testované části účastnické sady a účastnického vedení do testovací jednotky, která je realizována zpravidla jako samostatná sdílená karta. Testuje se impedance vedení, svod vedení, ochranné obvody pomocí definovaných impulsů, počet připojených přístrojů, měření při zavěšení i vyvěšení. Koncové zařízení lze přepojit do speciální měřicí ÚSa, např. při automatickém testování v noci. Testovací procedury definuje ITU-T K.20, K.21 a další. Například počet připojených telefonů lze zjistit z impedance na kmitočtu 25 Hz, kdy jeden telefon by měl mít impedanci 10 k Větší počet paralelně zapojených telefonů má impedanci příslušně nižší. Účastnické sady umožňují připojit omezený počet telefonů, jejichž počet definuje číslo REN (Ringer Equivalence Number). USá VoIP bran mívá pouze REN 2. L

48 48 FEKT Vysokého učení technického v Brně 4.4 Integrované obvody pro realizaci účastnických sad V dnešní době jsou zpravidla účastnické sady řešeny pomocí dvojice integrovaných obvodů, viz Obr. 43. SLIC (Subscriber Line Interface Circuit) zajišťuje napájení telefonní smyčky, obsahuje ochranné obvody, zajišťuje vyzvánění, dohlížení a jsou v něm integrovány operační zesilovač telefonní vidlice. SLAC (Subscriber Line Access Circuit či Subscriber Line Audio-processing Circuit) zajišťuje digitalizaci signálu, filtraci a kódování. Obsahuje dále blok TSAC (Time Slot Assignment Circuit) zajišťující přidělení časové polohy v interní PCM. Dnes IO obsahují více bloků SLIC nebo SLAC. Obvody SLIC se vyrábí až čtyřnásobné (Dual DSLIC, Quad QSLIC) a obvody SLAC až osminásobné (DSLAC, QSLAC, Octal OSLAC). a- drát (Ring) ~ R SLIC b-drát (Tip) -Ub Funkce: OT BORSH H HC Obr. 43: S R SLAC H COFIDEC TSAC Účastnická sada realizovaná obvody SLIC a SLAC Řízení 2 Mb/s interní PCM sběrnice Vnitřní strukturu obvodu SLIC uvádí Obr. 44 [ 10 ]. Obvod obsahuje proudový zdroj, obvody monitorování smyčky, obvody řízení vyzvánění a obvody vidlice. Operační zesilovače LINE DRIVERS, OP AMP, DIFF AMP tvoří společně s externí odporovou sítí totožné zapojení jako dříve uvedené v Obr. 42. Číslicové zpracování audiosignálu v obvodu SLAC bylo uvedeno v Obr. 40. Krom něj obvody SLAC obsahují i obvody časové synchronizace a zdroje napěťové reference, vstup/výstupní piny pro řízení obvodů SLIC a rozhraní mikrokontroleru. TIP RING VOLTAGE RING RELAY RING SYNC RING COMMAND RS RC RD TIP RING CONTROL RING TRIP LOOP MONITORING DIFF AMP + - SHD GKD TX SWITCH HOOK DETECTION GROUND KEY DETECTION TRANSMIT OUTPUT 2 WIRE LOOP RING V B - SECONDARY PROTECTION 150 POWER DENIAL 150 TF V B - BG RF RING PD BATTERY FEED LOOP CURRENT LIMITER +1 LINE DRIVERS -1 SLIC MICROCIRCUIT OP AMP + - OUT +IN -IN RX RECEIVE INPUT Obr. 44: Blokové schéma integrovaného obvodu SLIC [ 10 ].

49 Telekomunikační a informační systémy 49 Předchozí řešení s dvojicí obvodu SLIC a SLAC je vhodné pro účastnické sady veřejných ústředen. Jedna účastnická karta zde obsahuje cca 16 účastnických sad. Jednotlivé účastnické sady přispívají do interní PCM. Pro pobočkové ústředny nebo VoIP brány může být vhodnější jiné řešení, kdy celou účastnickou sadu tvoří jeden integrovaný obvod doplněný o obvod linkového budiče, viz Obr. 45. Tyto integrované obvody se označují SLIC nebo ProSLIC (Programovatelný SLIC). V současné době obsahuje jeden integrovaný obvod pouze jednu či dvě úplné účastnické sady. Mezi výrobce obvodů SLIC, SLAC a ProSLIC patří firmy Intersil, Silicon laboratories a Zarlink semiconductor. a-drát (Ring) b-drát (Tip) ~ R -Ub Funkce: OT B BORSH H HC Obr. 45: Linkový Budič Řízení LB, R, S, H S R H SLIC COFIDEC TSAC Řízení Blokové zapojení účastnické sady realizované obvodem ProSLIC. 2 Mb/s interní PCM nebo SPI sběrnice 4.5 Účastnická sada ISDN BRI 2B+D Jedná se o 2-drátový modem pracující v základním pásmu se symetrickým přenosem 160 kb/s. Duplexní provoz je nejčastěji realizován sdílením přenosového pásma s potlačením ozvěny (EC Echo Cancellation). U nás je používán linkový kód 2B1Q s modulační rychlostí 80 kbd. Další možností je linkový kód 4B3T s modulační rychlostí 120 kbd. Z funkcí BORSCHT zajišťuje účastnická sada ISDN napájení B (napájení z NT), přepěťovou ochranu O, dohlížení S, vidlicovou funkci H a testování T. Mezi další funkce patří konverze protokolů, tj. signalizací DSS1 na interní signalizaci ústředny, oddělení D kanálu od B kanálů, zpracování informací kanálu D, skramblování a zabezpečení CRC kódem. Dle referenčního modelu se dělí na LT (Line Termination) a ET (Exchange Termination). 4.6 Přenašeč E1 Používá se pro přenos PCM 1. řádu. Použitá signalizace může být CAS (Channel Associated Signaling) s R2 kódem nebo CCS (Common Channel Signaling), tj. signalizací Q-sig. (symetrická varianta DSS1) nebo SS7 a řadu dalších. Jedná se o 4-drátový (120 ) modem pracující v základním pásmu se symetrickým přenosem 2 Mb/s. Používaný linkový kód je HDB3. Vlastnosti tohoto rozhraní specifikuje ITU-T G.703 a G.704. Dnes je nejčastěji pro toto rozhraní využíván konektor RJ45. V technické praxi je často zapotřebí použít křížený kabel. Ten je zapojen odlišně oproti 10/100 Mbit/s ethernetu, jeden pár je osazen na 1. a 2. pinu konektoru, druhý pár na 4. a 5. pinu konektoru RJ Signalizace U na analogovém účastnickém rozhraní Signalizacím v PSTN síti bude věnována kapitola č. 5, nicméně signalizaci U mezi analogovým telefonem a účastnickou sadou si uvedeme již nyní. Jedná se o přístupovou obousměrnou asymetrickou signalizaci využívanou při komunikaci s běžným analogovým

50 50 FEKT Vysokého učení technického v Brně telefonem (POTS). Předem nutno uvést, že signalizace U se v jednotlivých zemích liší. Nejde přitom pouze o zjevné odlišnosti, jakými jsou různé reprezentace tónové výbavy, např. oznamovací nepřerušovaný tón. Často totiž reprezentace některých stavů v některých zemích nejsou vyjádřeny jiným způsobem, ale zcela chybí. U nás neexistuje reprezentace pro přihlášení volaného, zatímco v Itálii dochází k reverzaci polarity napájení telefonního přístroje. Rovněž u nás neexistuje nebo se spíše nepoužívá reprezentace ukončení volby, protože používáme pevný číslovací plán, tj. pevná délka telefonního čísla. V Německu a v řadě jiných zemí není pevný číslovací plán a je potřeba zakončit volbu znakem #. Toto zakončení je potřeba i u nás při volání do zahraničí. Jinak je nutno čekat 8 sekund, po kterých považuje ústředna volbu za kompletní. Dále například v UK British Telecom používá ještě před prvním vyzváněním reverzaci polarity, a poté ještě před prvním zazvoněním je přenesena identifikace volajícího CLIP. Těchto odlišností je v jednotlivých zemích celá řada Tónová výbava Součástí signalizace je i tónová výbava, která informuje volajícího a volaného o průběhu hovoru. Reprezentaci vybraných tónů dle ČTÚ 9/2005 uvádí Tab. 5. Reprezentaci v jednotlivých zemích uvádí norma ITU-T E.180. Tab. 5: Tónová výbava dle ČTU 9/2005. Název Reprezentace (doba [ms]/ tón [Hz]) oznamovací tón 330/ / oznamovací tón CENTREX trvalý/425 oznamovací tón služeb 165/ / / / okamžitý vyzváněcí tón 1000/425 > periodický vyzváněcí tón 1000/ obsazovací tón 330/ /425 tón neprůchodnosti 165/ napojovací tón 330/ / odkazovací tón 330/ / / čekací tón 1000/ / upozorňovací tón 330/ konferenční tón 660/ Volba Rozlišujeme dva základní typy volby čísla, a to pulsní a tónovou. V dnešní době se již výhradně používá volba tónová. Tónová volba, přesněji dvoutónová volba, DTMF (Dual-Tone Multi-Frequency) je realizována tak, že číslice je reprezentována dvojicí kmitočtů z osmy definovaných, viz Tab. 6. Doba trvání vysílání dvojice kmitočtů je minimálně 70 ms. Doba trvání mezery je minimálně 75 ms. Odchylka jmenovitého kmitočtu je 1,8 %. Tab. 6: Kmitočty DTMF volby: číslice frekvence v Hz A B C * # D

51 Telekomunikační a informační systémy 51 Pulsní volba, také sérový aditivní kód (SAC) či dekadický kód (DEC) je realizována rozpojováním proudové smyčky uzavřené po zvednutí sluchátka. Počet pulsů odpovídá vytáčené číslici, nule odpovídá 10 pulsů. Parametry pulsů uvádí Obr. 46. proud I Obr. 46: mezera mezi pulsy 40±5 ms puls přerušení proudu 60±5 ms Pulsní volba Průběh signalizace U mezičíselná mezera 200 ms Signalizace, jak již bylo uvedeno, je asymetrická, tj. je odlišná pro volání a příjem hovoru [ 3 ], [ 4 ], [ 9 ], [ 19 ], [ 31 ], [ 35 ]. Pro větší přehlednost a možnost srovnání různých signalizací budeme používat zde, ale i v kapitolách č. 5 a 6 shodný diagram a způsob označení signálů. Některé signály nemusí být využity a jejich reprezentace bude pochopitelně odlišná. čas Obsazení Volba Konec volby Závěr směr Potvrzení Volání Přihlášení Tarifikace reprezentace uzavření smyčky oznamovací tón DTMF, pulsní volba není, # (např. Německo) kontrolní vyzváněcí tón není, (reverzace polarity) pulsy 16 khz, ( ms) přerušení smyčky Obr. 47: Signalizace U volání. Průběh signalizace U volání uvádí Obr. 47. Obsazení, ke kterému dochází při vyzvednutí sluchátka, je signalizováno uzavřením proudové smyčky Loop Start Signaling. Druhou možností, pro koncové účastníky nepoužívanou, ale preferovanou při připojení PBX, viz Obr. 32, je Ground Start Signaling, kdy koncové zařízení signalizuje obsazení připojením b-drátu (-48V) k zemi, podobně jako na Obr. 54 u signalizace E&M. Ústředna obsazení potvrzuje generováním oznamovacího tónu, viz Tab. 5. Následně je možno volit telefonní číslo, a to buď pulsní či tónovou volbou. Volba může být ukončena znakem #, nicméně to se v zemích s pevnou délkou čísla nepoužívá. Je-li účastník dostupný, je generován kontrolní vyzváněcí tón, informující, že volaný účastník je vyzváněn. Stav přihlášení u nás není reprezentován žádným signálem, např. v Itálii dochází k reverzaci polarity napájení telefonního přístroje Reverse-battery Signaling. Během hovoru mohou být zasílány tarifikační impulsy 16 khz. Závěr hovoru volajícího je signalizován přerušením napájecí smyčky, zavěšením sluchátka. Závěr volaného je signalizován rychlým obsazovacím tónem, viz Tab. 5, což v případě připojení PBX na místě koncového zařízení, viz Obr. 32, lze obtížně detekovat. Kewl Start Signaling je rozšíření signalizace Loop Start o signalizaci ukončení ze strany ústředny krátkým rozpojením smyčky, tzv. Power Denial.

52 52 FEKT Vysokého učení technického v Brně Mezi další signály během hovoru patří signál FLASH, tj. přerušení smyčky na 150 ms volajícím, po němž je přidržen současný hovor a je možno realizovat další hovor, po jehož závěru se lze vrátit k původnímu. Obsazení (výzva) Závěr směr Přihlášení reprezentace vyzváněcí proud mezi 1 a 2 vyzváněním CLIP uzavření smyčky rychlý obsazovacítón Obr. 48: Signalizace U příjem. Obr. 48 uvádí průběh signalizace U příjem. Obsazení, označované i jako výzva, je reprezentováno vyzváněcím proudem, viz kap Mezi prvním a druhým vyzváněním je přenesena identifikace volajícího CLIP. Přihlášení je reprezentován uzavřením proudové smyčky, tj. vyzvednutím sluchátka. Závěr je reprezentován přerušením smyčky. Opětovným uzavřením smyčky lze u některých ústředen hovor obnovit, hovorové spojení se rozpadá po závěru volajícího. Závěr volajícího je signalizován rychlým obsazovacím tónem Přenos identifikace volajícího (CLIP) na rozhraní U Přenos čísla volajícího CLIP (Caller Line Identification Presentation) se přenáší v signalizaci U mezi prvním a druhým vyzváněním. Existují základní dvě metody, a to DTMF a FSK. Tyto existují v několika modifikacích. CLIP DTMF: CLIP je přenášen mezi prvním a druhým zvoněním standardní DTMF volbou, viz Obr. 49. První tón odpovídá D a poslední C, viz Tab. 6. Maximální počet přenesených číslic je zvonění D číslo volajícíhoc 2. vyzvánění 80ms 80ms 1s >0,25s >0,2s Obr. 49: Přenos identifikace volajícího (CLIP) metodou DTMF. CLIP FSK: CLIP je přenášen mezi prvním a druhým zvoněním dle standardu ITU.T V.23 1,2 kb/s. Maximální počet znaků je 240. Tato metoda se používá i u nás. Datová část přenosu FSK se skládá ze tří částí. První část aktivace je realizována střídáním 1 (1,3 khz) a 0 (2,1 khz) po dobu cca 200 ms. Dále následuje série stop bit, což je trvalé vysílání 1 po dobu cca 55 ms. Třetí fází je přenos dat. Data se přenáší buď v jednoduchém formátu (přenos čísla volajícího), nebo ve formátu vícenásobném (např. číslo volajícího, datum a čas, jméno volajícího atd.). Druhou často používanou FSK metodou (USA) je Bellcore (Bell202), využívající odlišné kmitočty pro 1 (1,2 khz) a 0 (2,2 khz). 1. zvonění FSK přenos dat 2. vyzvánění 1s >0,25s 0,5 2s >0,2s Obr. 50: Přenos identifikace volajícího (CLIP) metodou FSK.

53 Telekomunikační a informační systémy Implementace účastnických sad a přenašečů v Open Source PBX Pro možnost doplnění specifických telefonních rozhraní do Open Source PBX jsou vyráběny PCI / PCI Express karty a brány. Čelními výrobci tohoto hardware jsou firmy Digium, Sangoma, BeroNet, OpenVox a Xorcom. Dominantním výrobcem je firma Digium, o níž byla zmínka již v kap. 3.1., s vlastním Open Source ovladačem DAHDI (Digium/Asterisk Hardware Device Interface). Hardware většiny ostatních výrobců je kompatibilní s tímto ovladačem. Firma Sangoma má vlastní ovladač Wanpipe, jehož popis naleznete v laboratorní úloze č. 11 [ 27 ], ale i tento ovladač umí emulovat hardware kompatibilní s DAHDI. Z uvedených PBX v kapitole 3 podporují PBX FreeSWITCH i YATE oba ovladače, PBX Asterisk pouze DAHDI, což je pochopitelné. Přehled vyráběného hardware pro Open Source PBX uvádí Obr. 51. Zde a) a b) jsou analogové karty s červenými FXO moduly a zelenými FXS, c) je 4 portová karta E1, d) je GSM karta, c) je transkódovací karta (G.729/G723.1/G.711) a d) je brána, přesněji kanálová banka Astribank firmy Xorcom. Tu lze osadit nejrůznějšími moduly a je přímo podporována ovladačem DAHDI. Astribank je k PC připojena pomocí USB rozhraní. Produkty firma OpenVox jsou zajímavé pro svou nízkou cenu v porovnání s produkty Digium a Sangoma. a) b) c) d) e) f) Obr. 51: Přehled hardware pro Open Source PBX. DAHDI (Digium/Asterisk Hardware Device Interface) je Open Source telefonní rozhraní umožňující vazbu TDM karet (např. E1, ISDN PRI a BRI, GSM), analogových karet a dalšího telefonního hardwaru na PBX Asterisk a řadu dalších Open Source PBX. V následujícím textu se zaměříme pouze na vazbu na PBX Asterisk. Možnostem implementace DAHDI hardware v PBX FreeSWITCH a YATE, stejně jako možnostem implementace Wanpipe hardware, tj. produktů firmy Sangoma, v PBX Asterisk jsou věnována laboratorní cvičení č. 8 a 11 [ 27 ]. Instalaci rozhraní DAHDI lze realizovat z balíčku či ze zkompilovaných zdrojových souborů. Výhody a nevýhody obou přístupů jsou

54 54 FEKT Vysokého učení technického v Brně totožné, jako u Open Source PBX. Rozhraní DAHDI musí být kompilováno a instalováno před instalací PBX Asterisk. Rozhraní DAHDI je na PBX Asterisk navázáno prostřednictvím modulu kanálu DAHDI chan_dahdi.so. Koncepci vazeb rozhraní DAHDI, konfigurační soubory a utility uvádí Obr. 52. Rozsah podporovaných signalizací závisí na instalovaných knihovnách při kompilaci tohoto modulu kanálů. Jedná se o knihovny libpri, libss7 a OpenR2. Asterisk chan_dahdi.so chan_.. /etc/asterisk/chan_dahdi.conf /dev/dahdi Dahdi (Zaptel) Hardware driver Digium hardware /etc/dahdi/system. conf /etc/dahdi/modules /etc/modprobe. d/dahdi Utility : dahdi_cfg dahdi_scan dahdi_tool a další... Obr. 52: Implementace HW karet firmy Digium v PBX Asterisk. Moduly ovladačů jednotlivých HW karet, které mají být zavedeny do systému, lze určit v souboru /etc/dahdi/modules. Lze doporučit povolit pouze ovladače osazených karet: /etc/dahdi/modules wct4xxp # Digium TE212P/.../TE420: PCI/PCI-Express dual-port/quad-port T1/E1/J1 # wcte12xp # Digium TE120P/TE121/TE122: PCI/PCI-Express single-port T1/E1/J1 # wct1xxp # Digium T100P/E100P: PCI single-port E1 wctdm # Digium TDM400P: up to 4 analog ports # wcb4xxp # Digium B410P: 4 NT/TE BRI ports # wctc4xxp # Digium TC400B: G729 / G723 Transcoding Engine # xpp_usb # Xorcom Astribank Devices Konfiguraci jednotlivých rozhraní na úrovni DAHDI ovladače nalezneme v souboru /etc/dahdi/system.conf. Jednotlivé hovorové/signalizační okruhy jsou označeny jako channel a jsou postupně číslovány od čísla 1 přes všechny instalované karty. Rozhraní s více okruhy (E1, ISDN-BRI) jsou označeny jako span a opět postupně číslovány od čísla 1. Například konfigurace portu karty E1 se skládá z definice parametrů rozhraní: span=<číslo>,<zdroj synchronizace>,<délka vedení>,<typ signalizace>,<linkový kód> a následuje specifikace využití individuálních okruhů <typ>=<číslo okruhu>. Může se jednat např. o hovorový okruh bchan, signalizační D kanál dchan (hardhdlc), okruh se signalizací CAS cas. U analogových karet je pouze definice <typ>=<číslo okruhu>, např. probíraná signalizace U fxoks, fxsks. Důležité jsou rovněž parametry loadzone

55 Telekomunikační a informační systémy 55 a defaultzone, které specifikují parametry jednotlivých rozhraní dle země využití, včetně například vstupní impedance účastnických sad či parametrů jednotlivých signálů. Bližší představu si je možno vytvořit z této ukázky konfigurace: /etc/dahdi/system.conf (konfigurace DAHDI) span=1,1,0,ccs,hdb3,crc4 # span, zdroj hodiny, délka vedení, typ rámce, linkový kód. mtp2=1 # konfigurace SS7 přenašeče bchan=2-31 echocanceller=mg2,2-31 span=2,0,0,cas,hdb3 # konfigurace CAS - R2 přenašeče cas=32-46:1101 hardhdlc=47 cas=48-62:1101 echocanceller=mg2,32-46,48-62 span=3,0,0,ccs,hdb3,crc4 # konfigurace ISDN PRI přenašeče bchan=63-77,79-93 hardhdlc=78 echocanceller=mg2,63-77, fxoks=125 # konfigurace FXS portu echocanceller=mg2,125 fxsks=126 # konfigurace FXO portu echocanceller=mg2,126 # pro FXS port signalizace fxoks, pro FXO fxsks, tedy opačně loadzone=cz # určuje konfiguraci HW korespondující s danou defaultzone=cz # zemí, ovlivňuje i další věci, velmi důležité Konfigurace kanálu chan_dahdi PBX Asterisku je v souboru /etc/asterisk/ chan_dahdi.conf. Níže je uvedena konfigurace účastnické sady FXS a analogového přenašeče FXO. Konfigurace dalších rozhraní bude uvedena vždy u probírané problematiky. Soubor má syntaxi Option Inherence, popsanou v kap Všechny parametry specifikované nad definicí channel => <číslo> se uplatní jako konfigurace tohoto okruhu. /etc/asterisk/chan_dahdi.conf (FXS a FXO)... group=5 ; svazek č. 5, volání na něj exten => 731,1,Dial(dahdi/g5,20) language=cz context=kontext1 ; kontext signalling=fxo_ks ; signalizace FXS channel => 125 ; vše nad jsou parametry okruhu č. 125, exten => 731,1,Dial(dahdi/125,20) group=6 signalling=fxs_ks ; signalizace FXO channel => 126 ; vše nad jsou parametry okruhu č. 126, exten => 731,1,Dial(dahdi/126,20) Poslední ukázka demonstruje konfiguraci identifikace volajícího CLIP, probíranou v kap.4.7.4, na analogové účastnické sadě: /etc/asterisk/chan_dahdi.conf... callerid="731" <731> ; nastavení CALLERID "jména" a <čísla> usecallerid=yes ; povolení CLIP cidsignalling=v23 ; bell (default),v23,v23_jp,dtmf,smdi cidstart=ring ; ring (default), polarity, polarity_in cadence=300,4000,1000,4000 ; vyzváněcí signál, mezera[, signál, mezera] v ms hidecallerid=no ; potlačení zobrazení CLIP channel => 125 ; vše nad jsou parametry okruhu č. 125

56 56 FEKT Vysokého učení technického v Brně 5 PSTN signalizace Tato kapitola je věnována signalizacím v okruhově-spojovaných technologiích, tj. analogových a TDM. Některé signalizační systémy, které byly nejprve využívány ve veřejné síti, našly posléze uplatnění v pobočkových ústřednách a jsou výrobci podporovány i v nových produktech dodnes. U jednotlivých signalizací bude uvedena implementace a konfigurace v PBX Asterisk. Signalizace můžeme rozdělit na základní tři druhy: Přístupové signalizace tj. signalizace v přístupové síti (koncové a příčkové). Vnitřní signalizace ústředen. Síťové signalizace tj. signalizace v transportní síti. V ústřednách první generace byla vnitřní signalizace totožná se síťovou signalizací. Dnes se v transportní síti používá výhradně signalizační systém č. 7 (SS7). Jedním z úkolu ústředny je také konverze signalizací. Mezi přístupové signalizace, dle umístnění, patří i tzv. příčkové signalizace, které se využívají pro realizaci příček mezi pobočkovými ústřednami. Signalizace může být jednosměrná nebo obousměrná. Jednosměrná signalizace znamená, že spojení je možno budovat jen v jednom směru a dělíme je na příchozí a odchozí signalizace. Obousměrná signalizace je buď symetrická, anebo asymetrická. Například signalizace U, probíraná v kap. 4.7, je obousměrná asymetrická přístupová signalizace. Hovorové spojení je možno vytvořit v obou směrech, ale reprezentace signálů je v odlišná. Rovněž můžeme dělit signalizace na analogové a digitální. 5.1 Historie síťových signalizací Nejprve pro porozumění jednotlivým zkratkám v označení síťových signalizací stručně k vývoji standardizačního tělesa ITU. CCIF (International Telephone Consultative Committee) byl založen v roce V roce 1956 byl CCIF sloučen s CCIT (Int. Telegraph Cons. Com.) a vznikl CCITT (Int. Telephone and Telegraph Cons. Com.). International Telecommunication Union (ITU) vznikla v roce 1934 sloučením International Telegraph Convention (1865) a International Radiotelegraph Convention (1906). V roce 1993 byla CCITT přejmenována na ITU-T. První signalizační systém CCIF č. 1 byl určen pro manuální spojování [ 4 ], [ 26 ]. Řídicí značky byly přenášeny vyzváněcím proudem 20 Hz (500 Hz). Před 2. světovou válkou vznikl pro poloautomatické spojování signalizační systém CCITT č. 2, který byl použit pouze v Anglii a využíval dvojici signálů o kmitočtu 600 a 750 Hz. Po druhé světové válce vznikly signalizační systémy pro poloautomatické spojování CCITT č. 3 a č. 4. Ty se využívaly současně v různých zemích. Od 3. signalizačního systému rozlišujeme linkovou signalizaci (P P51, I pulsní, T trvalá, K digitální) a registrovou signalizaci (pulsní, vázaná). V roce 1964 byl standardizován signalizační systém CCITT č. 5 pro automatické spojování. Využíval se ve spolupráci se spojovacími systém 2. generace. Tento systém využíval signály o kmitočtu 2400 a 2600 Hz (vázaný kód) pro linkovou signalizaci a registrová signalizace byla realizována MFC kódem 2 ze 6, stejnými značkami pro dopředný a zpětný směr. Přenos byl realizován po analogových přenašečích systémy FDM. Dále vznikly regionální MFC vázané kódy R2 (Evropa) a R1 (Severní Amerika). Tyto kódy využívaly rozdílné kmitočty

57 Telekomunikační a informační systémy 57 značek v jednotlivých směrech. Následně byl systém digitalizován, viz dále signalizace CAS. Pro spolupráci s ústřednami 3. generace vznikl v roce 1972 CCITT č. 6, první skutečný digitální signalizační systém CCS. Délka zprávy byla 28 bitů, struktura: 5 bitů záhlaví, 4 informační, 11 adresa svazku, okruhu, 8 CRC, 4-bitové značky ve 28 bitové zprávě rychlostí 2,4 kb/s. V roce 1980 byly zveřejněny první standardy signalizačního systému CCITT č. 7, dnes známého jako SS7. Tomuto signalizačnímu systému se budeme věnovat podrobněji v kapitole 5.7. V současné době jsou standardizovány protokoly pro přenos SS7 po IP sítích, o nichž se také zmíníme v kap. 6, a tedy se nepřepokládá jeho nahrazení v transportní síti jiným signalizačním systémem. 5.2 Obecný diagram signalizace Pro popis různých signalizací budeme využívat stále stejný diagram, viz Obr. 53, který nám umožní jejich porovnání a porozumění [ 31 ]. Prvním signálem je obsazení, pro příchozí stranu jej můžeme označit jako výzvu. Součástí obsazení může být i volba. Následuje potvrzení obsazení. Poté je zaslaná volba, pokud nebyla již obsazena v obsazení. Signál volání informuje, že pobočka je dostupná a je vyzváněna. Signál přihlášení informuje o vyzvednutí hovoru. Následuje hovor. Hovor může být ukončen libovolnou stranou signálem závěr, který protistrana potvrzuje. A směr B reprezentace Obsazení Volba Závěr Hovor Potvrzení obsazení Volání Přihlášení Potvrzení závěru Obr. 53: Obecný diagram signalizace. 5.3 Analogové signalizace Nejznámější analogová signalizace U byla již popsána v kapitole 4.7. V pobočkových ústřednách se můžeme setkat s příčkovou analogovou signalizací E&M. Ač se karty s podporou této signalizace stále nabízí i pro nejnovější PBX, jedná se již o neperspektivní signalizaci, a proto se o ní zmíníme jen informativně. E&M signalizace (Ear & Mouth) je obousměrná, symetrická signalizace [ 3 ], [ 7 ], [ 19 ], [ 31 ], [ 35 ]. Původně to byla síťová signalizace FDM systémů, kde signalizační signál byl přenášen nad hovorovým pásmem na kmitočtu 3,825 khz. E&M je určena pro vytvoření tzv. příček mezi PBX ústřednami. Na Obr. 54 je uvedeno propojení dvojice PBX s využitím E&M signalizace. Hovorových párů může být více. Signalizace je realizována uzavíráním proudové smyčky přes společnou zem. Připojení M na zem detekuje protilehlá ústředna na vstupu označeném E.

58 58 FEKT Vysokého učení technického v Brně PBX a hovorové smyčky a PBX b b Detekce proudu E M signalizace M E Detekce proudu obě PBX uzeměny Obr. 54: E&M signalizace. Existuje celá řada variant, tzv. módů, E&M signalizace (0 až V). V jednotlivých módech se používá buď stavový režim signalizace nebo impulsní režim a obsazení je či není potvrzeno opět stavem či pulsem. Představu si lze vytvořit z Obr. 55. Mode 0: Stavový mód bez potvrzení obsazení (IBM) M _ _ Obsazení Volba Uvolnění E Přihlášení Potvrzení uvolnění Mode I: Stavový mód s potvrzením obsazení wink pulsem (HARIS) M _ _ Obsazení Volba Uvolnění E Potvrzení obsazení Přihlášení Potvrzení uvolnění Mode II: Impulsní mód s potvrzením obsazení (ALCATEL) M _ Obsazení Volba Uvolnění E Potvrzení obsaz. Přihlášení Potvrzení uvolnění Mode IV: Stavový mód s potvrzením obsazení (Satelit, 2N) M _ _ Obsazení Volba Uvolnění E Potvrzení obsazení Přihlášení Potvrzení uvolnění Mode V: Impulsní mód bez potvrzení obsazení (ALCATEL) M _ Obsazení Volba Uvolnění E Přihlášení Potvrzení uvolnění Obr. 55: Přehled variant E&M signalizace.

59 Telekomunikační a informační systémy Digitální signalizace přehled Digitální signalizace můžeme dělit na signalizace přidružené k hovorovému kanálu CAS (Channel Associated Signaling) a signalizace se společným signalizačním kanálem CCS (Common Channel Signaling) [ 3 ], [ 4 ], [ 7 ], [ 9 ], [ 19 ], [ 24 ], [ 26 ], [ 29 ], [ 31 ], [ 32 ], [ 35 ]. Signalizace CAS je sice digitální, ale jednotlivé bity přidružené k hovorovému signálu mají v podstatě význam digitalizovaných signalizačních vodičů, na kterých se přenáší signalizace podobným způsobem, jako v dříve uvedených analogových signalizacích. U signalizačních systému CCS se již jedná o datový přenos, kde po jednom signalizačním kanále je obsluhováno více hovorových kanálů. 5.5 Signalizace CAS s R2 kódem Jedná se o signalizaci na přenašeči E1, resp. T1 v Americe. Zde bude uveden popis pro přenos po E1 [ 3 ], [ 4 ], [ 7 ], [ 31 ], [ 35 ]. Přenos po T1 využívající RBS (Robbed-bit signaling) byl naznačen v kapitole 1.3. Ač jsou stále dodávány karty podporující tuto signalizaci a dle ceníku dominantního operátora lze stále zřídit přípojku s touto signalizací, jedná se o neperspektivní a u nás již téměř nevyužívanou signalizaci. Tato signalizace demonstruje přechod od analogových signalizací k digitálním, jak již bylo uvedeno, lze ji označit jako digitalizovanou signalizaci. PBX Asterisk ji podporuje od verze rámce Multirámec (16 rámců PCM) PCM rámec 0 (32 kanálů) PCM rámec kanály Rámcová synchronizace Obr. 56: 16. kanál (8 bitů) X 0 X X Multirámcová synchronizace Multirámec E1 začlenění CAS signalizace. č. rámce 16. kanál Signalizační bity a b c d a b c d č. kanálu : : : V signalizaci CAS je pevně vyhrazen 16. kanál pro signalizaci, viz Obr. 56. V tomto kanále se cyklicky v jednotlivých rámcích multirámce vysílají bity (a, b, c, d), které jsou přidružené jednotlivým hovorovým kanálům. V Evropě se navíc používají pouze bity a a b. Bity c a d jsou nastaveny na 0 a 1. Vyhodnocuje se několik stejných bitů za sebou Signalizace CAS Průběh signalizace, tj. význam jednotlivých kombinací a, b bitů uvádí Obr. 57. Signalizace CAS je symetrická obousměrná. Každý okruh může být použit pro odchozí i příchozí hovor. Pokud svazek nelze využít k hovoru, je signalizována blokáda Pokud je nutno hovor ukončit, vysílá se nucené uvolnění 0001.

60 60 FEKT Vysokého učení technického v Brně U nás vznikla národní varianta s označením CAS-K, která je jednosměrná. Předem je dáno, který okruh bude odchozí a který příchozí. Standardně je 15 příchozích a 15 odchozích. Při pokusu nesprávného využití okruhu dojede k blokádě. Rozdílu je však více. vysílání příjem stav a b směr a b Klid Obsazení Potvrzení obsazení Volba _ _ Přihlášení Závěr volaného Závěr dopředný 1 0 X X Potvrzení závěru Obr. 57: R2 kód Signalizace CAS. Pro možnost doplnění o identifikaci volajícího (ANI) a kategorii volajícího je CAS rozšířena o tzv. registrovou volbu multi-frekvenčním vázaným kódem R2. Každá značka je v tomto kódu tvořena dvojicí kmitočtu z celkem šesti definovaných (2 ze 6 = 15 kombinací), které jsou přenášeny přímo v hovorovém kanále. Rozlišují se navíc dopředné a zpětné značky. Dopředné značky se dělí na dvě skupiny: Zpětné značky se dělí na: I. přenos volby čísla a ANI, II. přenos kategorie volajícího. A. potvrzování a navigace volby, B. určení kategorie a stavu volaného. Přehled značek uvádí Tab. 7. Příklad komunikace uvádí Tab. 8. Signalizaci a, b bity můžeme označit za linkovou, R2 kódem registrovou. Během komunikace dochází k naplnění registrů A, B a KA. Tab. 7: Význam některých značek multi-frekvenčního vázaného kódu R2. Dopředné značky a jejich význam Zpětné značky a jejich význam I číslice 1 až 9, 0 A-1 Pošli další číslici I-12 ANI nelze A-2 Pošli předchozí číslici I-13 Konec ANI, možnost tarifovat A-3 Pošli kategorii a připrav na B I-14 Konec ANI, mincovní provoz A-4 Zahlcení I-15 Konec ANI A-5 Pošli kategorii volajícího A-6 Propojit a tarifovat A-7 Pošli n-2 číslici A-8 Pošli n-3 číslici II-1 Účastník bez přednosti B-3 Účastník je obsazen II-2 Účastník s předností B-5 Nepřiřazené číslo II-3 Zařízení údržby B-6 Účastník volný, tarifovat II-5 Spojovatelka s možnosti napojení B-7 Účastník volný, netarifovat II-7 Mezinárodní účastník bez přednosti B-8 Linka účastníka mimo provoz II-9 Mezinárodní účastník s předností II-10 Mezinárodní spojovatelka

61 Telekomunikační a informační systémy 61 Tab. 8: Příklad komunikace: 242 volá 211. značka směr význam Reg. A Reg. B KA a, b bity v 16. kanále PCM (a = 1, b = 1) I-2 Příjem číslice 2 2 A-5 Pošli kategorii volajícího 2 II-1 Účastník bez možnosti napojení 2 1 A-5 Pošli kategorii volajícího 2 1 I-2 Příjem číslice A-5 Pošli kategorii volajícího I-4 Příjem číslice A-5 Pošli kategorii volajícího I-2 Příjem číslice A-5 Pošli kategorii volajícího I-13 Konec ANI, tarifovat A-1 Pošli další číslici I-1 Příjem číslice A-1 Pošli další číslici I-1 Příjem číslice A-3 Číslo úplné, pošli kategorii a připrav na B II-1 Účastník bez možnosti napojení B-6 Účastník volný, tarifovat Přihlášení a, b bity v 16. kanále PCM (a = 0, b = 1) Implementace signalizace CAS s R2 kódem v PBX Asterisk Signalizace CAS-R2 je oficiálně podporována od verze Asterisku Před kompilací PBX Asterisk je nutno nainstalovat knihovnu OpenR2 ( Jedná se o rozšíření kanálu chan_dahdi.so. Níže je uveden příklad konfigurace DAHDI. etc/dahdi/system.conf (konfigurace DAHDI) span=1,0,0,cas,hdb3 # span, zdroj hodiny, délka vedení, typ rámce, kód cas=1-15,17-31:1101 # okruhy vázané na CAS signalizací, inicializace ABCD bitů hardhdlc=16 # signalizační kanál, ve starších verzích dahdi dchan echocanceller=mg2,1-15,17-31 # potlačení echa Níže je uveden příklad konfigurace kanálu PBX Asterisk chan_dahdi.so. Je zde nastaven typ signalizace, národní varianta, délka ANI, délka čísla volaného DNI, oprávnění volajícího a jazyk zvukových hlášek. Hovorové okruhy jsou rozděleny na prvních 15 příchozích a druhých 15 odchozích přidružených ke svazku č. 2. Rovněž je uveden příklad směrovacího pravidla v souboru extensions.conf. etc/asterisk/chan_dahdi.conf signalling=mfcr2 ; signalizace mfcr2_variant=cz ; národní varianta mfcr2_get_ani_first=yes ; číslo volajícího ANI je posláno po první volené číslici mfcr2_max_ani=20 ; maximální délka čísla volajícího ANI mfcr2_max_dnis=3 ; maximální délka čísla volaného DNI mfcr2_category=national_subscriber ; kategorie volajícího language=cz ; jazyk context=kontext1 ; kontext group=1 ; příchozí svazek definujeme zvlášť, aby na něj nebylo voláno channel => 1-15 ; přidružení hovorových okruhů příchozímu svazku 1 group=2 ; odchozí svazek, př. volání: exten=>_2xx,1,dial(dahdi/g2/${exten}) channel => ; přidružení hovorových okruhů odchozímu svazku 2

62 62 FEKT Vysokého učení technického v Brně 5.6 Signalizace CCS V signalizacích CCS (Common Channel Signaling) je jeden okruh využit pro přenos signalizace více hovorových okruhů [ 3 ], [ 4 ], [ 24 ], [ 31 ], [ 35 ]. Jedná se zde již o datový paketový přenos. Jednotlivé signalizace jsou většinou založeny na bitově-orientovaném protokolu HDLC. V transportní síti se používá výhradně signalizační systém číslo 7. V systému SS7 signalizační kanál nemusí být již v 16. kanále PCM rámce, a dokonce některé PCM jej nemusí obsahovat. V přístupové síti se používá signalizace DSS1 (Digital Subscriber Signaling System No. 1). Jedná se o obousměrnou asymetrickou signalizaci. Q-sig je symetrická varianta DSS1, která se používá jako příčková signalizace na přenašeči E1 pro propojení PBX ústředen a připojení PBX ústředen k CO. Přehled uplatnění signalizací CCS uvádí Obr. 58. ISDN DSS1 CO SS7 CO DSS1 PBX Q- sig. ISDN Q- sig. PBX Q- sig. DSS1 ISDN Obr. 58: Přehled uplatnění signalizací CCS Signalizace DSS1 Signalizace DSS1 (Digital Subscriber Signaling System No. 1) se používá na ISDN BRI rozhraní 2B+D. Její přenos je realizován v D kanále. Spojová vrstva, kterou specifikuje ITU-T Q.921, zajišťuje síťové vrstvě bezchybný provoz, spojení bod-bod mezi terminály či broadcast dle čísla TEI, řídí přidělování TEI atd. Síťové vrstvě předává bitovou kopii informačního pole, viz Obr. 59. EA0/EA1 určuje zdali bude/nebude následovat další oktet, C/R určuje příkaz/odpověď, SAPI určuje druh informace (0 signalizace, 1 signalizace pro paketovou komunikaci), TEI určuje číslo terminálu. 3. síťová bit: L CRV 0000 CRV M Typ zprávy 0 Informační elementy (o jednom či více oktetu) 2. spojová bit: EA0 C/R SAPI EA1 TEI Řídicí pole Informační pole FCS Obr. 59: Signalizace DSS1 2. a 3. vrstva.

63 Telekomunikační a informační systémy 63 Síťovou vrstvu specifikuje ITU-T Q.931. Identifikátorem komunikace na třetí vrstvě je identifikátor relace CRV (Call Reference Value). Na jednom terminálu může být současně více relací. M udává směr zprávy. Typ zprávy udává, o jakou zprávu se jedná: SETUP, SETUP ACK, INFO, RELEASE, CALL PROC a další (34). Průběh signalizace DSS1 pro stav volání je uveden na Obr. 60. Obsazení odpovídá zpráva SETUP, jejíž součástí může být i volba. Zpráva SETUP ACKNOWLEDGE indikuje, že informace k realizaci hovoru jsou nedostatečné. Je tedy generována tehdy, pokud volba není součástí zprávy SETUP. Volba je následně přenášena ve zprávách INFO. Zpráva CALL PROCEEDING indikuje, že ústředna má dostatek informací pro sestavení hovoru a probíhá spojování. Jedná se tedy o potvrzení volby. Zpráva ALERTING informuje, že volaný je vyzváněn. Zpráva CONNECT odpovídá přihlášení, volaný přijal hovor. Potvrzení přihlášení je indikováno zprávou CONNECT ACKNOWLEDGE. Pro ukončení hovoru může kterákoli strana generovat zprávu DISCONNECT, která je potvrzena RELEASE a následně RELEASE COMPLTE. Zpráva RELEASE ukončuje relaci. směr reprezentace Obsazení SETUP (součástí může být i volba ) Volba Potvrzení přihl. Závěr dopředný Potvrzení závěru Potvrzení závěru Hovor Potvrzení obs. Potvrzení volby Volání Přihlášení Závěr volaného Potvrzení závěru SETUP ACKNOWLEDGE INFO CALL PROCEEDING ALERTING CONNECT CONNECT ACKNOWLEDGE DISCONNECT RELEASE Potvrzení závěru RELEASE COMPLET Konec relace Potvrzení konce relace Obr. 60: Signalizace DSS1 volání. směr reprezentace Obsazení (výzva) SETUP Volání ALERTING Přihlášení CONNECT Potvrzení přihlášení CONNECT ACK. Hovor Závěr dopředný Závěr volaného DISCONNECT Potvrzení závěru Potvrzení závěru RELEASE Potvrzení závěru Potvrzení závěru RELEASE COMPLET Obr. 61: Signalizace DSS1 příjem.

64 64 FEKT Vysokého učení technického v Brně Na Obr. 61 je sled zpráv signalizace DSS1 pro stav příjem. Význam je totožný, chybí zprávy související s volbou. Mezi další signály patří HOLD přidržení hovoru (H ACK, H REJ), RETRIEVE obnovení (R ACK, R REJ), FACILITY požadavek doplňkové služby atd. Jednotlivé přenášené zprávy můžeme rozdělit na zprávy pro sestavení spojení, závěr spojení, doplňkových služeb dohledu, zprávy pro řízení, doplňkové nezávislé na spojení a další Signalizace Q Jedná se o signalizaci na ISDN PRI rozhraní 30B+D. Je to symetrická modifikace signalizace DSS1. Můžeme se s ní setkat na E1 přenašečích. Pomocí jednoho přenašeče E1 lze připojit PBX ústřednu o cca účastnících nebo propojit vzájemně dvě PBX ústředny. Označení Q je odvozeno od použití v referenčním bodě Q [ 3 ], [ 4 ], [ 7 ], [ 9 ], [ 19 ], [ 24 ], [ 31 ], [ 32 ], [ 35 ]. Signalizace oproti DSS1 neobsahuje zprávy, které v tomto místě nemají smysl. Například se jedná o signály služeb, které jsou vždy zamítnuty. Zásadním rozdílem je velikost identifikátoru relace CRV, která je dva byty, tedy dvojnásobná oproti velikosti v ISDN BRI. Používá se zde komunikace dotaz odpověď, kdy dotaz může vznést kterákoli strana. Pro dotaz na stav, který může být zaslán kdykoli kteroukoli stranou, je určen signál STATUS ENQUIRY. Druhá strana reaguje na něj STATUS (dle Q.931 signál Call State). Zde předává informace o stavu relace. Při vytváření spojení se signálem SETUP přenáší i volba, a tak je přímo následován signálem CALL PROCEEDING. Signály INFO a SETUP ACKNOWLEDGE se samostatně nepoužívají. A směr B reprezentace Obsazení, volba Potvrzení přihl. Závěr dopředný Potvrzení závěru Potvrzení závěru Hovor Potvrzení volby Volání Přihlášení Závěr volaného Potvrzení závěru SETUP (volba je součástí) CALL PROCEEDING ALERTING CONNECT CONNECT ACKNOWLEDGE DISCONNECT RELEASE Potvrzení závěru RELEASE COMPLET Konec relace Potvrzení konce relace Obr. 62: Signalizace Q volání ISDN Signalizace U nás se používá ISDN dle specifikace doporučení ETSI s označením EuroISDN2 (BRI) a EuroISDN30 (PRI). Existují však i další specifikace, které nejsou vzájemně kompatibilní. Například francouzské specifikace VN3 a VN4 mají 3B kanály, tedy 3B+D. Příklady dalších a země použití: ISDN 1, ISDN 2 (Bellcore USA), 5ESS (AT&T USA), VN3, VN4 (Francie), 1TR6 (Německo), ISDN 30 (DASS-2 British Telecom UK), TS 013 a TS 014 (Telecom Australia), NTT (Japonsko), ARINC 746 (použití v letadlech), DMS 100 (Northern Telecom Kanada), DPNSS (mezi PBX v UK), SwissNet (Swiss Telecom PTT).

65 Telekomunikační a informační systémy Implementace ISDN BRI/PRI v PBX Asterisk Pro implementaci ISDN BRI 2B+D a PRI 30B+D jsou vyráběny PCI/PCI Express karty a brány, viz Obr. 51. Zpravidla se využívá rozhraní a ovladač firmy Digium, tj. DAHDI, nebo ovladače a implementace misdn. Při využití hardware firmy Digium, či kompatibilního je nutno doinstalovat knihovnu LibPri, která je implementací ISDN autorů PBX Asterisk a najdeme ji tedy na stejných stránkách jako PBX Asterisk. Knihovnu je nutno nainstalovat před kompilací DAHDI a PBX Asterisk a podobně jako u knihovny OpenR2 se jedná o rozšíření kanálu chan_dahdi.so. Rozsah podpory signalizací tohoto kanálu lze zjistit v konzoli PBX Asterisk po zadání module show like chan_dahdi.so, viz Obr. 63, kde PRI znamená podporu ISDN (tj. BRI i PRI), MFC podporu signalizace CAS s R2 kódem a SS7 podporu signalizačního systému č. 7, po instalaci knihovny LibSS7. Obr. 63: etc/dahdi/system.conf (konfigurace DAHDI) # ISDN PRI 30B+D span=1,0,0,ccs,hdb3,crc4 # span, zdroj hodiny, délka vedení, typ rámce, kód, CRC4 bchan=1-15,17-31 # B kanály (hovorové okruhy) vázané PRI signalizací hardhdlc=16 # signalizační kanál, ve starších verzích dahdi/zaptel dchan echocanceller=mg2,1-15,17-31 # potlačení echa # ISDN BRI 2B+D span=2,0,0,ccs,ami bchan=32,33 hardhdlc=34 echocanceller=mg2,32-33 Výpis podporovaných signalizací kanálu chan_dahdi.so. Níže je uveden příklad konfigurace DAHDI pro ISDN PRI 30B+D a BRI 2B+D. # span, zdroj hodiny, délka vedení, typ rámce, kód, CRC4 # B kanály (hovorové okruhy) vázané BRI signalizací # signalizační kanál, ve starších verzích dahdi/zaptel dchan # potlačení echa Níže je uveden příklad konfigurace kanálu PBX Asterisk chan_dahdi.so. /etc/asterisk/chan_dahdi.conf (ISDN PRI - síťová strana) group=3 ; svazek.. např.: exten => _5XX,1,Dial(dahdi/g3/${EXTEN},20) language=cz context=kontext1 ; kontext signalling=pri_net ; signalizace pri_net - master, pri_cpe -slave switchtype=qsig ; specifikace PRI signalizace: qsig (PRI), national - National ISDN 2, pridialplan=unknown ; dms100 - Nortel DMS100, 4ess - AT&T 4ESS, 5ess - Lucent 5ESS, prilocaldialplan=unknown ; euroisdn - EuroISDN (BRI), ni1 - Old National ISDN 1 callerid=asreceived usedistinctiveringdetection=yes usecallingpres=yes usecallerid=yes ; Je zde celá řada parametrů nastavení služeb ISDN. hidecallerid=no callwaiting=yes usecallingpres=yes callwaitingcallerid=yes threewaycalling=yes transfer=yes cancallforward=yes callreturn=yes channel =>1-15,17-31 ; přidružení okruhů svazku 3

66 66 FEKT Vysokého učení technického v Brně 5.7 CCS Signalizace SS7 Signalizační systém číslo 7 (SS7) se stal standardem pro transportní telekomunikační sítě [ 3 ], [ 4 ], [ 7 ], [ 24 ], [ 29 ], [ 31 ], [ 32 ], [ 35 ]. Jeho použití je nezbytné pro mezinárodní komunikaci a komunikaci mezi operátory. Síť signalizačního systému SS7 je v podstatě počítačová síť, která však pracuje s jiným protokolem než IP. Síť se skládá z tzv. Signalizačních bodů SP (Signaling Point). Každý signalizační bod SP má svůj jednoznačný kód SPC (Signaling Point Code) v rámci jedné SS7 sítě. Prvky sítě SS7, viz Obr. 64. SSP a SCP jsou koncovými body, které signalizaci generují a zpracovávají. STP signalizaci nezpracovává, ale zajišťuje její přenos. STP pracuje na linkové vrstvě a je obdobou přepínače v IP sítích. SSP je koncový bod signalizace, tj. telefonní ústředna. Mezi SSP je možno přenášet jak signalizaci SS7, tak hovorová data. SCP obsahuje databázi všech SP. SSP se může dotázat SCP na cestu směrování k jinému SSP. SSP STP SCP SSP SSP STP SCP Hovorová data Signalizace SS7 SSP (Service Switching Point) STP (Signal Transfer Point) SA-STP(Stand Alone STP) SCP (Service Control Point) Obr. 64: Prvky signalizační sítě SS7. Adresování v SS7 je v rámci jedné sítě realizováno pomocí SPC kódů (Signaling Point Code) dle ITU-T o délce 14 bitů, dle ANSI o délce 24 bitů. V přenášených signalizačních zprávách SU (Signaling Unit), které odpovídají paketům v IP, je specifikován SPC kód zdroje OPC (Originating Point Code) a SPC kód příjemce DPC (Destination Point Code). Přenos mezi sítěmi SS7 je zajištěn pomocí identifikátoru sítě NI (Network Indicator) o délce 2 bity. Ten specifikuje, zdali se jedná o SPC v národní síti NAT0 a NAT1 nebo mezinárodní síti INAT0 a INAT1. Kód SPC se běžně zapisují ve formátu v případě INAT0 a 5-9 v případě NAT0 a 1. NAT0 je vlastní síť operátora a SPC kódy jsou tedy rozdělovány dle jeho uvážení. NAT1 je národní rezerva, tzv. přechodová síť, umožňující propojení operátorů v rámci země. Kódy SPC rozděluje národní regulátor, tj. Český telekomunikační úřad (ČTU). INAT0 je mezinárodní síť SS7, ve které jsou umístněny mezinárodní ústředny jednotlivých operátorů, viz Obr Zpravidla má každý větší operátor 1 či 2 SPC v INAT0. INAT1 se nepoužívá. Obr. 65 znázorňuje rozčlenění vrstev SS7 dle referenčního modelu OSI. První tři vrstvy, tj. fyzická, spojová (linková) a síťová jsou transparentní vůči ostatním technologiím. Ostatní vyšší vrstvy jsou označovány jako aplikační. Vrstva TUP (Telephone User Part) obsluhuje běžné analogové telefony POTS. Vrstva SCCP (Signaling Connection Control Part) poskytuje prostředky pro řízení sítě SS7, tj. směrování, umožňuje překlad čísla na adresu jednotlivých bodů, atd. SCCP je i transportní vrstvou pro vrstvu TCAP (Transaction

67 Telekomunikační a informační systémy 67 Capabilities Application Part). Vrstva TCAP umožňuje výměnu zpráv mezi aplikacemi nespojovaných služeb. Například komunikace mezi SSP a SCP je přenášena pomocí zpráv vrstvy TCAP. Prostřednictvím vrstvy TCAP je realizována vazba na mobilní technologie, kterou znázorňuje vrstva MAP (Mobile Application Part). Vrstva ISUP (ISDN User Part) obsluhuje ISDN terminály. Později se začala používat nejen pro ISDN terminály a nahrazuje v některých zemích vrstvu TUP. T U P MAP TCAP I S U P SCCP MTP Layer 3 MTP Layer 2 MTP Layer 1 Obr. 65: Referenční model SS7. 1. vrstva MTP (Message Transfer Part) realizuje signalizační datové vedení. Vlastnosti jsou dány použitou přenosovou technologii. 2. vrstva MTP zabezpečuje přenos po signalizačním spoji. Je definována ITU-T Q.703. Další text se bude vztahovat k rozhranní E1 na fyzické vrstvě. Signalizační cesta (Signal link) má přenosovou rychlost 64 kb/s. Na rozdíl od ISDN PRI nemusí být v 16. kanále a může být dokonce vedena i v jiném vedení E1. I vlastní formát rámců je odlišný oproti ISDN PRI. Na druhé vrstvě se přenáší tři typy zpráv SU (Signal Unit): FISU (Fill-In Signal Units), LSSU (Link Status Signal Units) a MSU (Message Signal Units). Flag BSN B I B FSN F I B LI Spare CRC Obr. 66: délka [bitů] Struktura rámce zprávy FISU. FISU jsou tzv. výplňové zprávy. Jsou vysílány neustále a zajišťují pravidelnou bitovou strukturu. Nutno připomenout, že se jedná o synchronní přenos. Strukturu rámce FISU uvádí Obr. 66. Na začátku je tzv. vlajka flag , která je typická pro HDLC protokol, BSN (Backward Sequence Number) a FSN (Forward Sequence Number) jsou počítadla pro odchozí a příchozí směr, která jsou inkrementována pro potvrzení příjmu MSU.

68 Spare 68 FEKT Vysokého učení technického v Brně BIB (Backward Indicator Bit) a FIB (Forward Indicator Bit) jsou indikátory přijetí zprávy mimo pořadí. LI (Length Information) je délka přenášeného informačního pole, pro zprávu FISU obsahuje nulu. Spare je výplň 00, která je vkládána k zamezení vzniku nežádoucí značky FLAG. CRC je protichybové zabezpečení CRC kódem. Flag BSN B I B FSN F I B LI Spare Status CRC délka [bitů] nebo Obr. 67: Struktura rámce zprávy LSSU. LSSU jsou zprávy o stavu linky. V poli Status, viz Obr. 67, je přenášen kód identifikující stav linky. Používají se k indikaci stavu SP a k vlastní inicializaci komunikace na 2. vrstvě, tzv. zarovnání (alignment), během něhož se testuje stabilita spojení, viz Obr. 68. SIO SIN FISU MSU L1 aktivní Inicializace L2 6 8 sec L2 aktivní Obr. 68: Inicializace 2. vrstvy Alignment. Nejprve je linka nezarovnaná a je vysíláno SIO (Out of Alignment). Při inicializaci 2. vrstvy začne být vysílána zpráva SIN (Normal Alignment). Po 6 8 sekundách bezchybného přenosu je linka zarovnána a mohou být přenášeny zprávy MSU. SIE (Emergency Alignment) je rychlé zarovnání. SIOS (Out of Service) je indikace mimo provoz. Pokud přijímající signalizační bod není schopen obsluhovat požadavky, vyšle status SIPO (Processor Outage) a druhá strana začne vysílat výplňové zprávy FISU. SIB (Busy) je obdobný signál jako SIPO, ale na rozdíl od něj, pokud do cca 6 až 8 sekund začne SP odpovídat, není nutná nová inicializace. Flag BSN B I B FSN F I B LI SIO SIF CRC délka [bitů] n x 8 16 Obr. 69: Struktura rámce zprávy MSU. MSU jsou zprávy, které přenáší užitečnou signalizační informaci. Strukturu rámce uvádí Obr. 69. V LI se již přenáší délka SIF (Signaling Information Field). SIO (Service Information Octet) obsahuje v prvních 4 bitech typ sítě NI a prioritu zprávy. V následujících 4 bitech je přenášen typ zprávy: SNM (Signaling Network Management Message),

69 Routing Label Telekomunikační a informační systémy 69 MTN (Maintenance Regular Message), MTNS (Maintenance Special Message) nebo cílová nadřízená aplikační vrstva, tj. TUP, DUP, SCCP nebo ISUP. Pole SIF obsahuje zdroj, cíl a cestu zprávy (tzv. Routing Label) a signalizační informace. SIO a SIF již tvoří zprávu 3. vrstvy n Service Information Octet Subservice Field Service Indicator OPC Low-Order 2-bits DPC Low-Order Octet OPC Middle-Order Octet 4-bit SLS/SLC DPC High-Order 6-bits OPC High-Order 4-bits Využití dle hodnoty Service Indicator SIO - Subservice Field (typ sítě a priorita) - Service Indicator (typ zprávy nebo cíl) Routing Label - OPC (Originating Point Code)-kód zdroje - DPC (Destination Point Code)-kód cíle SLS/SLC (Signaling Link Selection/Code) - výběr signalizační cesty Obr. 70: Struktura rámce zprávy 3. vrstvy. 3. vrstva MTP realizuje přenos zpráv. Strukturu rámce uvádí Obr. 70. Jak již bylo uvedeno, SIO obsahuje typ sítě pro kterou je určen, prioritu zprávy a typ zprávy nebo cílová nadřízená vrstva. Čtyři byty, tzv. Routing Label, přenáší kód cíle DPC a zdroje OPC zprávy. Čtyři bity SLS/SLC (Signaling Link Selection/Code) umožňují zvolit cestu přenosu zprávy. Výběr odchozí cesty je tedy dán SLS/SLC a DPC. Pomocí výběru cesty SLS/SLC lze optimálně využít dostupné signální cesty a v případě poruchy směrovat signalizaci po jiné cestě. Následuje vlastní informační pole, jehož formát je závislí na typu zprávy. My se zde zaměříme pouze na zprávy určené pro vytvoření telefonního spojení pomocí vrstvy ISUP n Service Information Octet Subservice Field OPC Low-Order 2-bits DPC Low-Order Octet OPC Middle-Order Octet 4-bit SLS/SLC CIC Low-Order Octet 4-bits spare DPC High-Order 6-bits Message Type Service Indicator OPC High-Order 4-bits CIC High-Order 4-bits Využití dle hodnoty Message Type CIC - identifikátor hovorového okruhu, Message Type - typ zprávy (IAM, ACM,... ). Obr. 71: Struktura rámce zprávy MSU-ISUP. ISUP zprávy 3. vrstvy umožňují sestavovat a ukončovat telefonní spojení. Obsah rámce uvádí Obr. 71. CIC (Circuit Identification Code) udává hovorový okruh, ke kterému se signalizace vztahuje. Jsou možné dvě varianty: Pokud je signalizační linka i hovorový okruh v téže E1, je vyšší část CIC nulová a v nižší je přímo číslo okruhu. Druhou variantou je sloučení více skupin E1, pak vyšší část CIC určuje skupinu, tedy o kterou E1 se jedná. Nižší opět určuje hovorový okruh. Položka Message Type určuje, o jakou zprávu se jedná. Dle ní má i následující informační pole různý obsah.

70 70 FEKT Vysokého učení technického v Brně Tyto zprávy jsou např.: IAM (Initial Address) žádost o spojení a adresní informace, SAM (Subsequent Address) další adresní informace, CPG (Call Progress), ACM (Address Complete) kladná odpověď na žádost o spojení, ANM (Answer) volaný účastník vyzvednul, REL (Release) ukončit hovor, RLC (Release Complete) potvrzení ukončení, RSC (Reset Circuit) reset spojení a další. Průběh signalizace při budování hovorového spojení uvádí Obr. 72. Obsazení, volba Závěr Obr. 72: A směr B reprezentace Hovor Volání Přihlášení Potvrzení závěru IAM (volba je součástí) ACM ANM REL RLC Konec relace Potvrzení konce relace Průběh signalizace při budování hovorového spojení SS7-ISUP. Vrstva SCCP (Signaling Connection Control Part) zahrnuje funkce a protokoly pro řízení signalizační sítě. Zabezpečuje funkce pro přenos zpráv mezi signalizačními body, inicializaci výstavby a rušení dočasných signalizačních spojení. Obsahuje funkci přepočtu vnějších adres na vnitřní čísla bodů a subsystémů. Obsluhuje nespojované služby i spojované služby. Směrování může být řízeno dle DPC nebo pomocí služby GTT (Global Title Translation), což je překlad telefonního čísla na adresy jednotlivých bodů SP. Dle SS7 terminologie je GT (Global Title) označení pro telefonní číslo. SCCP je i transportní vrstvou pro vrstvu TCAP. GTT služba využívá SCP, viz Obr. 64, který obsahuje databázový server. Pokud SSP nezná cíl telefonního čísla, pošle požadavek ve formě TCAP zprávy do místního STP. Když místní STP nemá překlad ve své vlastní tabulce, pošle požadavek do SCP, které mu vrátí směrování a adresu k SP. SSP tedy nemusí znát, které GT je přidruženo ke kterému SSP v síti. Ne však všechny STP v síti umožňují dotaz na GTT překlad. Toto je využíváno vždy při vazbě na mobilní sítě a linky Implementace SS7 v PBX Asterisk Signalizační systém číslo 7, přesněji jeho implementaci SSP, lze doplnit do PBX Asterisk několika způsoby. Většinou se jedná však jen o částečnou implementaci, a tak spolupráce s jinými implementacemi není zaručena. První z nich je knihovna LibSS7, která stejně jako LibPri pochází přímo od vývojářů PBX Asterisk, firmy Digium. Jedná se opět o rozšíření kanálu chan_dahdi.so. Popis instalace a konfigurace bude dále uveden. U LibSS7 již neprobíhá další vývoj, pouze jsou realizovány opravy pro nové verze PBX Asterisk. Druhou možností, stále vyvíjenou, je Chan_SS7 channel driver, který byl vyvinut společností SIFIRA a zdrojový kód byl následně uvolněn. V PBX Asterisk je doplněn další kanál chan_ss7.so. Další informace k instalaci a konfiguraci je možno naleznout na stránkách Třetí možností je SS7box / SS7boost, což je placené, licencované řešení firmy Sangoma. Skládá se z prvků Sangoma Media Gateway, SS7box, SS7boost.

71 Telekomunikační a informační systémy 71 Knihovny LibSS7 a LibPri, které jsou zapotřebí pro instalaci podpory SS7 v PBX Asterisk nalezneme na stránkách Průběh instalace je: LibPri DAHDI LibSS7 PBX Asterisk. Níže je uveden příklad konfigurace DAHDI pro LibSS7. etc/dahdi/system.conf (konfigurace DAHDI) span=1,1,0,ccs,hdb3,crc4 # span, zdroj hodiny, délka vedení, typ rámce, linkový kód, CRC mtp2=1 # mtp2 signalizační kanál bude využíván knihovnou LibSS7 bchan=2-31 # B kanály (hovorové okruhy) vázané SS7 signalizací echocanceller=mg2,2-31 # potlačení echa Pro SS7 signalizaci je možno použít kterýkoli kanál, může jich být více nebo i žádný, pokud je přenášena v jiném spanu. Zpravidla se využívá 1. kanál (nebo kanál). Níže je uveden příklad konfigurace kanálu PBX Asterisk chan_dahdi.so. chan_dahdi.conf (SS7) [trunkgroups] [channels] group=1 ; svazek, v extensions.conf: exten => _8XX,1,Dial(dahdi/g1/${EXTEN}) language=cz context = kontext1 ; kontext signalling = ss7 ; signalizace ss7type = itu ; typ signalizace linkset = 1 ; číslo linksetu pod který budou spadat dále uvedené okruhy pointcode = ; vlastní číslo signalizačního bodu SSP adjpointcode = ; nejbližší signalizační bod STP defaultdpc = ; signalizační bod SSP kam má být směřován provoz networkindicator = national ; network indicator (NI) nejbližšího bodu ; (NAT0, NAT1, INAT0, INAT1) cicbeginswith = 2 ; první hovorový okruh linksetu channel => 2-31 ; hovorové okruhy linksetu (můžou být i z více SPANů) sigchan = 1 ; signalizační kanál (může jich být definováno více) Krom uvedených implementací v PBX Asterisk nalezneme implementace signalizačního systému SS7 v Open Source PBX FreeSwitch a YATE. V PBX FreeSwitch je podpora licencované implementace firmy Sangoma. Zřejmě nejrozsáhlejší Open Source implementace signalizačního systému SS7 nalezneme v PBX YATE. Nabízí krom SSP funkcionality, jako uvedené předchozí implementace, i implementaci STP, patrně jedinou Open Source, a vazbu na SCP. Je zde implementována i část protokolu SIGTRAN umožňující přenos SS7 přes IP síť. Konfiguraci pro její značnou rozsáhlost nebudeme uvádět. Jednotlivé implementacemi SS7 podporují i možnost záznamu komunikace ve formátu pcap, pro jejich následnou analýzu v programu Wireshark, viz Obr. 73. Podrobněji se s uvedenými implementacemi SS7 budete mít možnost seznámit v laboratorní úloze č. 8 [ 27 ]. Obr. 73: Průběh signalizace SS7 zobrazený v programu Wireshark.

72 M2UA SIGTRAN SIP-T BICC H.245 M3UA SIGTRAN SUA SIGTRAN 72 FEKT Vysokého učení technického v Brně 6 VoIP signalizace Kapitoly 4 a 5 byly věnovány okruhově spojovaným technologiím, kdy pro realizaci hovorového spojení byl vystavěn trvalý, vyhrazený hovorový okruh, ať již analogový či datový v TDM technologii, tj. rezervovaný časový úsek, time-slot. Jednalo se o přenosové technologie, které byly navrženy k realizaci hovorového spojení. VoIP (Voice over Internet Protocol) technologie [ 3 ], [ 4 ], [ 5 ], [ 6 ], [ 7 ], [ 9 ], [ 13 ], [ 18 ], [ 19 ], [ 20 ], [ 24 ], [ 29 ], [ 31 ], [ 32 ], [ 33 ], [ 34 ], [ 35 ], či IP telefonie využívají k přenosu hovorových dat IP datové sítě, která nebyla původně navrhována pro přenos multimediálních dat. Je tedy nutno věnovat pozornost zajištění QoS (Quality of Service) v IP síti při přenosu multimediálních dat. Předmět Telekomunikační a informační systémy je zařazen v magisterském studijním oboru a lze předpokládat znalost problematiky VoIP telefonie a protokolů SIP, H.323. V této kapitol se proto zaměříme na ucelený přehled VoIP protokolů, méně známé VoIP proprietární protokoly, protokoly umožňující přenos signalizačního systému SS7 přes IP sít a implementaci a konfiguraci protokolů, zejména v Open-Source PBX. 6.1 Přehled VoIP protokolů Nejznámějšími signalizačními protokoly v oblasti internetové telefonie (VoIP) jsou: SIP (Session Initiation Protocol IETF), skupina protokolů H.323 (ITU-T), MGCP (Media Gateway Control Protocol IETF, ITU-T), H.248/MEGACO (ITU-T) a v poslední době i protokol tvůrců PBX Asterisk IAX2 (Inter-Asterisk exchange IETF). Dle dělení, uvedeného v kapitole 5, lze označit SIP, H.323 a v poslední době i IAX2 jako přístupové signalizační protokoly. Protokol H.323 je již pro koncové VoIP zařízení na ústupu. Protokoly MGCP, H.248/MEGACO jsou protokoly řízení bran (Media Gateway). H.323 H.450 H.235 H.245 H RAS, Q.931 S D P S D P UDP/TCP/TLSTLS Obr. 74: S I P S I A X 2 M G C P H.248 /MEGACO Přehled VoIP protokolů. R T P S R T P R T S P UDP IP / IPsec R T C P MTP3 I S U P S C C P T C A P UDP/SCTP Přehled VoIP protokolů uvádí Obr. 74. Jsou zde naznačeny i vazby na využívané protokoly pro správu multimediální relace, šifrování a multimediálního přenosu. Například

73 Telekomunikační a informační systémy 73 protokol IAX2 zajišťuje krom hovorové signalizace i správu multimediální relace, real-time multimediální přenos i šifrování vlastními prostředky. V pravé části obrázku jsou uvedeny protokoly pro přenos a konverzi signalizačního systému SS7. Pro potřeby přenosu signalizačního systému SS7 po IP síti byly vytvořeny protokoly: SIP-T (Session Initiation Protocol for Telephones IETF), BICC (Bearer Independent Call Control ITU-T) a SIGTRAN (SIGnaling TRANslation IETF). Při výčtu protokolů zajišťující IP telefonii nemůžeme opomenout protokoly pro správu multimediální relace: SDP (Session Description Protocol IETF), který je využíván pro vyjednání vlastností multimediálního přenosu v protokolech SIP a MGCP, kde je v nich přímo tzv. tunelován a protokol H.245 (ITU-T), který je využíván standardy ITU-T, např. v H.323 a v H.248/MEGACO. Rovněž tak nutno připomenout protokoly zajišťující real-time multimediální přenos: RTP (Real-time Transport Protocol IETF), protokol šifrovaného přenosu SRTP (Secure Real-time Transport Protocol IETF), řídicí protokol RTCP (RTP Control Protocol) a standardy kodeků, zejména ITU-T řady G, tj. G.711, G.729, G.723.1, G.726, kodeků GSM, ilbc, AMR, Speex, videokodeků ITU-T řada H, a další. Obr. 75 uvádí začlenění VoIP protokolů v konvergované síti, též označované jako síť nové generace. Jádrem je IP síť s podporou QoS, v pravé části je zobrazena stávající PSTN SS7 síť a je naznačena její vazba na IP síť a VoIP protokoly. PBX Signaling Gateway Softswitch SIP SIP SIP, MGCP Signaling Gateway Softswitch SIGTRAN SIGTRAN SA-STP SCP SS7, TCAP SA-STP PBX PBX SIP, IAX2 SIP SIP IP QoS Network SIP PBX POTS Media Server MGCP, H.248 TDM okruhy Media Gateway VoIP signalizace VoIP hovor CO Switch SS7 SSP SS7 SS7 PSTN STP TDM signalizace TDM, analog. hovor Obr. 75: Začlenění VoIP protokolů v konvergované síti. Vedle standardizovaných signalizačních protokolů existují i proprietární signalizační protokoly, využívané zejména v PBX s uzavřeným kódem, jejichž opodstatnění bylo uvedeno v kapitole 2. Jsou to zejména: NOE (New Office Environment) Alcatel-Lucent, SCCP (Skinny Client Control Protocol) CISCO, PTAP (Panasonic Telephony Administration Protocol) Panasonic, CorNet-IP (Corporate Network-Internet Protocol) HFA (HiPath Feature Access) Siemens, Skype a další.

74 74 FEKT Vysokého učení technického v Brně 6.2 Protokol SIP SIP (Session Initiation Protocol) je dnes nejznámějším signalizačním protokolem v internetové telefonii [ 3], [ 4], [ 6], [ 7], [ 9],[ 19], [ 20], [ 22], [ 24], [ 29], [ 32], [ 34], [ 35]. Standardní komponenty jsou: User Agent UA klientská část UAC a serverová část UAS jsou koncovými prvky SIP signalizace. Proxy Server je směrovač SIP signalizace. Registrar Server. Redirect Server. Standardně bývá implementován Proxy Server. Jinou implementací, použitou v PBX Asterisk, je Back-to-back user agent (B2BUA). Stručné shrnutí: Textově orientovaný protokol vycházející z HTTP, pro přenos signalizace se používá UDP, méně často TCP, šifrovaný SIP secure SIP (SIPS) protokolem TLS, standardní port je 5060, pro TCP a TLS se používá zpravidla 5061, správa multimediální relace tunelovaným protokolem SDP, real-time multimediální přenos protokolem RTP nebo šifrovaným SRTP. A směr B reprezentace Obsazení, volba INVITE ( volba + SDP) Potvrzení volby TRYING (100) Volání RINGING (180) Přihlášení OK (200) + SDP Potvrzení přihl. <== Hovor pomocí RTP==> Závěr dopředný ACK BYE Obr. 76: Potvrzení závěru OK (200) Průběh signalizace protokolu SIP. Průběh signalizace při budování hovorového spojení protokolem SIP uvádí Obr. 76. SIP zprávy lze rozdělit na metody (žádosti) a odpovědi. Mezi základní žádosti patří: INVITE žádost o spojení nebo modifikace exitujícího spojení, ACK potvrzení zcela poslední odpovědi, BYE ukončení spojení, REGISTER žádost o registraci/odregistraci, CANCEL žádost o ukončení během sestavování spojení. Krom těchto žádostí byly dále doplněny: OPTIONS zjištění vlastností protistrany, INFO přenos informací během hovoru, SUBSCRIBE žádost o zasílání informací o určitých událostech ve zprávách NOTIFY, PRACK, UPDATE, MESSAGE, REFER, PUBLISH.

75 Telekomunikační a informační systémy 75 Odpovědi na žádosti jsou označeny tří-číselným kódem: 1XX informační (100 Trying, 180 Ringing, 181 Call Being Forwarded, 182 Call Queued, 183 Session progress), 2XX potvrzení (200 OK, 202 Accepted), 3XX přesměrování (300 Multiple Choices, 301 Moved Permanently, 302 Moved temporarily, 305 Use Proxy, 380 Alternative Service), 4XX negativní odpověď (400 Bad Request, 401 Unauthorized, 402 Payment Required, 403 Forbidden, 404 Not Found, 405 Method Not Allowed, 406 Not Acceptable, 407 Proxy Authentication Required, 408 Request Timeout, 409 Conflict, 410 Gone, 411 Length Required, 413 Request Entity Too Large, 414 Request URI Too Long, 415 Unsupported media type, 416 Unsupported URI Scheme, 420 Bad Extension, 421 Extension Required, 423 Interval Too Brief, 480 Temporarily Unavailable, 481 Call/Transaction Does Not Exist, 482 Loop Detected, 483 Too Many Hops, 484 Address Incomplete, 485 Ambiguous, 486 Busy Here, 487 Request Terminated, 488 Not Acceptable Here, 491 Request Pending, 493 Undecipherable), 5XX chyba serveru (500 Server Internal Error, 501 Not Implemented, 502 Bad Gateway, 503 Service Unavailable, 504 Server Time-Out, 505 Version Not Supported, 513 Message Too Large), 6XX globální selhání (600 Busy Everywhere, 603 Decline, 604 Does Not Exist Anywhere, 606 Not Acceptable). Některé žádosti jsou zpravidla chráněny autentizací, kdy ústředna generuje na žádost odpověď 401. Průběh autentizace žádosti INVITE uvádí Obr. 77. Klient zasílá opakovanou žádost, doplněnou o položku response, která je vypočtena s pomocí MD5 z hesla a dalších parametrů: response = MD5(MD5(username:realm:password):nonce:MD5(method:uri)) = = MD5(MD5(750:asterisk:750):0aa722b3:MD5(INVITE:sip:707@ )) = = ca1befdea0935bdcaed90df5f335e5a5 Obr. 77: Autentizace v SIP protokolu.

76 76 FEKT Vysokého učení technického v Brně Implementace SIP v PBX Asterisk B2BUA Jak již bylo uvedeno, zpravidla bývá v ústřednách implementována SIP proxy, která pracuje jako směrovač SIP signalizace. Jinou implementací použitou např. v PBX Asterisk je Back-to-back user agent (B2BUA), kdy ústředna je koncovým bodem signalizace [ 9 ]. Odlišnosti obou implementací jsou nejlépe patrny z porovnání Obr. 78 a Obr. 79. Je zde uveden průběh hovoru a přesměrování @ Lokační a registrační server @ Lokační a registrační server INVITE 248@proxy.cz další zprávy OK 222@proxy.cz Obr. 78: Proxy RTP- 248@ další zprávy OK 248@proxy.cz INVITE 248@proxy.cz @ ACK 222@proxy.cz Proxy INVITE 248@ další zprávy OK RTP- 248@proxy.cz Průběh hovorové signalizace a přesměrování při implementaci SIP proxy. Lokační a registrační server Lokační a registrační server B2BUA (Back to Back User Agent) @ Asterisk sip.conf directmedia=no (do verze X canreinvite=no) B2BUA @ Asterisk sip.conf directmedia=yes 1. fáze 2. fáze RTP- INVITE 248@asterisk.cz OK Proxy 248@ OK RTP- INVITE OK INVITE 248@proxy.cz OK RTP- INVITE OK 248@ OK RTP- 222@proxy.cz Obr. 79: 248@proxy.cz @proxy.cz RTP- Průběh SIP signalizace a přesměrování RTP při implementaci B2BUA.

77 Telekomunikační a informační systémy User, Peer a Friend v PBX Asterisk V PBX Asterisk jsou VoIP protokoly, tj. nejen protokol SIP, realizovány tak, že je možno zvolit v konfiguračním souboru, např. sip.conf, jeden z trojice typů účtů: user, peer nebo friend. Jsou-li zakázány hostovské hovory (allowguest=no), je možno realizovat příchozí hovor pouze při nalezení shody s účtem nebo s IP adresou v některém účtu, ať již staticky definovanou nebo získanou registrací klienta. Při nastavení insecure=invite není po žádosti INVITE generováno odpověď 401 a hovor je povolen, tj. hovory nejsou vůbec autorizovány. Kdokoli se může vydávat za kohokoli. Stručně lze odlišnosti těchto účtů popsat takto, viz Obr. 80 [ 9 ], [ 19 ]: user lze realizovat příchozí hovor dle shody SIP položky From: se specifikací username v účtu v PBX Asterisk, odchozí však nikoli, neboť registrace či specifikace položky host v PBX Asterisk u tohoto typu účtu není. peer lze realizovat odchozí hovor, příchozí pouze pokud je definována IP adresa hosta staticky nebo proběhla předchozí registrace. Tedy příchozí hovor je akceptován je-li shoda IP s položkou host některého z účtů. friend lze realizovat jak odchozí, tak příchozí hovory dle shody SIP položky From: se specifikací username v některém účtu v PBX Asterisk. Obr. 80: user peer existuje-li IP PBX Asterisk Odlišnosti v chování PBX Asterisk dle typů účtů. friend Rovněž je důležité znát, jak PBX Asterisk hledá shodu s účtem při příchozím hovoru. Průběh naznačuje Obr. 81. Například pokud je nalezena již shoda s účtem typu user nebo friend, není již hledána shoda s účtem typu peer, což může vést k nefunkčnosti některých konfigurací, např. pokud nezajistíme správné nastavení identifikace volajícího. příchozí hovor? existuje v sip.conf tento účet user nebo friend ANO autentizace MD5 NE? existuje účet peer ANO NE? shoda s IP v účtu (staticky/dyn.)? povoleny hovory hostům ANO NE ANO hovor dle účtu peer hovor odmítnut hovor přijat jako host Obr. 81: Model autentizace SIP hovoru v PBX Asterisk.

78 78 FEKT Vysokého učení technického v Brně Příklady konfigurace protokolu SIP v PBX Asterisk Konfigurace protokolu SIP je v PBX Asterisk obsažena v souboru sip.conf. Soubor je typu Complex Entity Object, viz kapitola V sekci general jsou globální definice a rovněž registrace. Další sekce jsou definicemi účtů. Co není specifikováno, je dáno defaultní konfigurací, která se může u různých verzí PBX Asterisk lišit. Níže je uveden příklad s popisem dílčích parametrů. /etc/asterisk/sip.conf [general] udpbindaddr= ; IP adresa ( všechny rozhranní) srvlookup=yes language=cz ; jazyk zvukových hlášek disallow=all allow=alaw ; povolené kodeky allow=gsm allowguest=no ; nepovolení hostovských hovorů directmedia=nonat ; neprovede re-ivite a přenesení RTP u klapek, které mají definováno nat=yes qualify=1000 ; monitoruje dostupnost klapky dtmfmode=rfc2833 ; mód přenosu DTMF register =>sip_tranku:heslo@provider.cz ; registrace [800] ; definice účtu, volání na něj: exten => 800,1,Dial(SIP/800,20) type=friend ; typ účtu (user, peer, friend) exten => _80X,1,Dial(SIP/${EXTEN},20) username=800 ; jméno secret=800 ; heslo (může být i v hashované podobě md5secret=...) nat=yes ; podpora uživatele za NATem - ignoruje se IP v položce Contact zprávy SIP host=dynamic ; typ hosta dynamic, IP získána registrací, nebo zadána IP context=kontext ; kontext... a celá řada dalších parametrů Ve směrovacím plánu realizujeme hovory na individuální účty v aplikaci Dial jejíž parametry jsou zejména název kanálu a název účtu, tedy např.: Dial(SIP/800). S výhodou lze v textovém souboru využívat tzv. šablony: /etc/asterisk/sip.conf... [basic-options](!) ; šablona se základním nastavením dtmfmode=rfc2833 context=from-office type=friend [natted-phone](!,basic-options) ; šablona s podporou NAT obsahující basic-options nat=yes directmedia=no host=dynamic [public-phone](!,basic-options) ; šablona bez podporou NAT obsahující basic-options nat=no directmedia=yes [my-codecs](!) ; šablona s kodeky disallow=all allow=ilbc [2133](natted-phone,my-codecs) ; jednotlivé účty využívající šablon secret = heslo1 [2134](public-phone,my-codecs) ; jednotlivé účty využívající šablon secret = heslo2

79 Telekomunikační a informační systémy Nastavení SIPS a SRTP v PBX Asterisk V dnešní době se klade stále větší důraz na bezpečnost, a proto i SIP signalizaci je možno šifrovat. Použití šifrovaného přenosu signalizace SIP (TLS), označovaného jako SIPS, v PBX Asterisk vyžaduje modul res_crypto, který využívá knihoven openssl a libssl-dev (resp. openssl-dev). Rovněž je nutno vytvořit certifikát. Pro vyzkoušení je zde uvedena ukázka generování self-signed certifikátu: openssl genrsa -out key.pem 1024 vygenerování soukromého klíče, openssl req -new -key key.pem -out request.pem vygenerování žádosti o certifikát, pozor položka Common Name musí obsahovat IP adresu nebo doménový název serveru, kde je provozována PBX Asterisk, openssl x509 -req -days 360 -in request.pem -signkey key.pem -out certificate.pem -vygenerování self-signed certifikátu, cat key.pem > asterisk.pem cat certificate.pem >> asterisk.pem vložení klíče a certifikátu do jednoho souboru. Konfigurace šifrovaného protokolu SIP-SIPS: /etc/asterisk/sip.conf [general] tcpenable = yes tcpbindaddr = tlsenable = yes tlsbindaddr = ; povolení TCP protokolu ; IP adresa pro TCP ( povolen pro všechny rozhranní) ; povolení TLS protokolu ; IP adresa pro TLS ( povolen pro všechny rozhranní) tlscertfile = /etc/asterisk/asterisk.pem ; umístnění certifikátu [800] ; definice účtu s podporou SIPS type = friend username = 800 secret = heslo context = kontext1 host = dynamic transport = tls ; přenos SIP signalizace (udp, tcp, tls) encryption = yes ; šifrování RTP SRTP Šifrování multimediálních dat, tj. RTP, protokolem SRTP je podporováno počínaje PBX Asterisk verze 1.8. Je využíván stejný certifikát, jako v případě TLS. SRTP lze povolit položkou encryption = yes. Pro přenos SRTP mezi koncovými zařízeními, a tedy v režimu canreinvite = yes je použití SRTP závislé pouze na podpoře koncových zařízení a lze jej využít bez podpory na straně ústředny. V režimu canreinvite = no, kdy PBX Asterisk pracuje jako B2BUA, nebo v režimu brány je použití závislé i na podpoře na straně ústředny. Změnou položky transport ve výše uvedené konfiguraci lze povolit pouze protokol SRTP bez podpory SIPS (TLS). Toto nastavení však nemá smysl, neboť z údajů v protokolu SIP lze multimediální data přenášená pomocí SRTP dešifrovat. Tento nedostatek odstraňuje protokol ZRTP, který zatím není v PBX Asterisk přímo implementován. Secure SIP i SRTP jsou zatím minimálně podporovány softwarovými SIP klienty, u hardwarových telefonů je podpora častější. Rovněž TLS i SRTP jsou zatím minimálně podporovány VoIP poskytovateli. Lze doporučit SIP klient PhonerLite s podporou TLS, SRTP i ZRTP.

80 80 FEKT Vysokého učení technického v Brně 6.3 Protokol H.323 Poslední verzí protokolu H.323 je verze 7 z roku 2009, jehož nástupcem má být připravovaný protokol H.325 AMS [ 3], [ 4], [ 6], [ 7], [ 9],[ 19], [ 20], [ 22], [ 24], [ 29], [ 32], [ 34], [ 35]. Protokol H.323 je 2. generací ze skupiny H.32x: 1. generace: H.320 přenos multimédii (Audio, Video, Data) v ISDN, H.321 přenos multimedii v ATM, H.322 přenos multimedii v sítích s podporou QoS, 2. generace: H.323 přenos multimedii v paketových sítích, H.324 přenos multimedii v PSTN a 3G, 3. generace: H.325 (v přípravě) AMS (Advanced Multimedia System) pro přenos multimédii v sítích nové generace (NGN). Protokol H.323 zastřešuje standardy: H zajišťuje sestavení spojení, které je totožné s DSS1 dle Q.931, a také komunikaci s GK-RAS (Registrace, Administrace a Stav), H.245 zajišťuje správu multimediální relace, H.235 zajišťuje bezpečnost a šifrování, H.450.x specifikuje zajištění doplňkových služeb. Standardní komponenty H.323 jsou: Terminal (TE), Gateway (GW) a Gatekeeper (GK). Stručné shrnutí: Bitově orientovaný protokol vycházející z ISDN signalizace, pro přenos signalizace se používá TCP nebo UDP (např. v2 jen TCP), standardní porty jsou: H RAS porty 1718 a 1719, H Q.931 port 1720, správa multimediální relace protokolem H.245 s módy: Fast start, tunneling, real-time multimediální přenos protokolem RTP nebo šifrovaným SRTP. H RAS H Q.931 Terminal Capability Set TCS Ack TE/GW H.245 TCS TCS Ack Master/Slave Determination Close LC MSD Ack CLC Ack MSD Request CC MSD Ack RCC Ack Open Logical Channel CLC OLC Ack CLC Ack OLC End Session Command OLC Ack ESC ARQ ACF DRQ DCF GK SETUP CALL PROCEEDING ARQ ACF ALERTING CONNECT RTP TE/GW RELEASE COMPLETE DRQ DCF Obr. 82: Signalizace H.323.

81 Telekomunikační a informační systémy 81 Na Obr. 82 je uveden průběh signalizace protokolem H.323 mezi koncovými body (Terminály či bránami) a Gatekeeperem (GK) při vytváření hovorového spojení. Komunikace se skládá z komunikace Terminálů s Gatekeeperem prostřednictvím protokolu H RAS a komunikace mezi terminály protokoly H Q.931, H.245 a RTP. Terminál nejprve žádá zprávou ARQ GK o sdělení potřebných informací pro směrování hovorové signalizace H Q.931. GK zjistí zda má k dispozici informace o volaném terminálu a zašle je zpět v ACF. Dle získaných informací kontaktuje terminál cílový terminál protokolem H Q.931, kdy průběh zpráv je obdobný, jako v signalizaci DSS1, viz kap Správa multimediální relace, tj. vyjednání parametrů multimediálního přenosu, je zajištěna protokolem H.245. Sled zpráv viz Obr. 82. Protokol H.245 je přenášen na jiných portech, a tedy bývá problém při nesprávném nastavení firewallu. Krom odděleného přenosu protokolu H.245 od signalizace H Q.931 jsou definovány režimy Fast start a tunneling, kdy je částečně či v druhém případě zcela protokol H.245 přenášen (tunelován) ve zprávách H.225.0, podobně jako SDP v protokolu SIP Příklady konfigurace protokolu H.323 v PBX Asterisk PBX Asterisk umožňuje implementaci pouze H.323 brány. Je-li zapotřebí implementace H.323 Gatekeeperu, musí být realizován externí aplikací. Standardně je v distribuci obsažen kanál chan_h323. Před instalací PBX Asterisku musí byt nainstalovány knihovny OpenH323 a PWLib. Dalšími variantami implementace jsou chan_oh323, chan_ooh323c a chan_woomera. Modul kanálu chan_h323 neobsahuje jitter buffer a využívá implementaci RTP autorů PBX Asterisk. Modul kanálu chan_oh323 používá implementaci RTP/RTCP a adaptivního jitter bufferu knihovny OpenH323. Komplexnější implementaci H.323 nalezneme v PBX YATE, kde je implementován i Gatekeeper. Níže je uvedena konfigurace H.323 v PBX Asterisk. /etc/asterisk/h323.conf [general] port = 1720 ; port H Q.931 bindaddr = ; IP adresa ( všechny rozhranní) disallow=all allow=alaw allow=gsm dtmfmode=rfc2833 h245tunneling=yes faststart=yes gatekeeper = DISABLE ; nastavení kodeků ; mód přenosu DTMF ; mód H.245 tunneling ; mód H.245 Fast start ; nastavení vazby na Gatekeeper (DISABLR, DISCOVER, IP adresa) AcceptAnonymous = yes ; umožnit hovory od níže nedefinovaných poboček context=kontext-anonym ; defaultní kontext [834] ; definice účtu, př. volání: exten => _83X,1,Dial(H323/${EXTEN},20) type=peer ; typ účtu peer nebo user host= ; IP adresa terminálu, bez Gatekeeperu nemůže být dynamická context=kontext_h323 ; kontext ;incominglimit=4 ; omezení počtů hovorů na 4... a další parametry

82 82 FEKT Vysokého učení technického v Brně 6.4 Protokol IAX2 Protokol IAX2 (Inter-Asterisk exchange verze 2) je VoIP protokol tvůrců PBX Asterisk [ 5 ], [ 9 ], [ 18 ], [ 19 ], [ 36 ]. Byl navržen pro komunikaci mezi PBX Asterisk a svým charakterem se jedná o proprietární protokol, nicméně následně byl standardizován a nyní je podporován v téměř každé Open Source PBX, např. YATE a FreeSwitch, a v řadě softwarových klientů, např. PhonerLite, Ekiga, Zoiper a některých hardwarových VoIP telefonech, např. Well. Stejně jako u protokolu SIP se jedná o peer-to-peer protokol. Označován je IAX nebo IAX2, verze 1 se však nepoužívá. Při tvorbě protokolu se tvůrci snažili minimalizovat nezbytnou režii na přenos signalizace a multimediálního toku. Protokol IAX2 umožňuje multiplexaci signalizace a více hovorových datových toků do jednoho UDP toku. To vytváří předpoklad pro úspěšné překonání firewallu a práci za NAT (Network Address Translation). IAX2 nepoužívá na rozdíl od protokolů SIP, H.323 pro přenos hlasu protokol RTP. Uvádí se, že protokol IAX2 umožňuje ztrojnásobit počet přenášených hovorů přes jeden megabit. Například při použití kodeku G.729 lze přenést rychlostí 1 Mbit/s až 103 hovorů. IAX2 je bitově orientovaným protokolem, což se často uvádí jako krok zpět. Právě to však umožňuje efektivně využít poskytnuté přenosové prostředky. Full Frame Bity: F Source Call Number R DestinationCall Number Timestamp OSeqno ISeqno Frame type C Subclass DATA Mini Frame Bity: F Source Call Number Timestamp DATA F - indikace Full Frame R - opakování (retransmitted) Timestamp - časová značka OSeqno - pořadové číslo v odchozím toku ISeqno -pořadové číslo v příchozím toku Frame Type - typ rámce C - indikace datového typu v další položce Subclass - další specifikace dle typu rámce Obr. 83: Typy rámců v protokolu IAX2. V protokolu IAX2 jsou definovány dva typy rámců: Mini Frame a Full Frame. Rámce Mini Frame obsahují 4 bytové záhlaví a jsou periodicky střídány s rámcem Full Frame, který obsahuje synchronizační informace. Full Frame se používá pro přenos signalizace, audio a video dat. Full Frame je potvrzován odpovědí ACK, zatímco rámec Mini Frame není potvrzován. Strukturu rámců uvádí obrázek Obr. 83. Podrobnosti o tomto protokolu můžete nalézt v [ 5 ]. Stručné shrnutí: Proprietární, avšak standardizovaný, bitově orientovaný protokol, pro přenos se používá UDP, standardní port je 4569, správa multimediální relace je zajišťována přímo protokolem, real-time multimediální přenos je zajišťována přímo protokolem, signalizace i multimediální přenos může být šifrován AES.

83 Telekomunikační a informační systémy 83 Obr. 84: A směr B reprezentace Obsazení,volba Potvrzení Potvrzení Potvrzení Potvrzenípřihl. Závěr dopředný Hovor Potvrzenívolby ACCEPT Volání Přihlášení NEW ACK ACK RINGING ACK ANSWER ACK Potvrzenízávěru ACK Průběh signalizace protokolu IAX2. HANGUP Průběh signalizace při budování hovorového spojení protokolem IAX2 v již tradičním diagramu uvádí Obr. 84. Na Obr. 85 je vlevo uveden průběh budování hovorového spojení mezi dvojicí terminálů s podporou PBX Asterisk uprostřed. Můžeme zde oproti Obr. 84 vidět autentizaci hovoru, tj. zprávy AUTHREQ, AUTHREP a zprávy LAGRQ, LAGRP monitorování kvality, tj. stav jitter bufferů a zpoždění. Obr. 85 vpravo prezentuje přenesení hovoru mezi koncová zařízení. Dle specifikace parametru transfare lze přenést multimediální tok či multimediální tok i hovorovou signalizaci po inicializaci hovoru mezi koncová zařízení. V druhém případě, jak je uvedeno na Obr. 85 vpravo, je hovor na ústředně uvolněn. Obr. 85: Signalizace IAX2 a přenesení hovoru mezi terminály call transfare.

84 84 FEKT Vysokého učení technického v Brně Pro ochranu proti DoS útokům (Denial of Service attacks) byla v protokolu IAX2 doplněna tzv. Call token validation. Metoda umožňuje obranu proti DoS útokům ověřením IP adresy zpětným dotazem, tj. ošetření proti útokům IP address spoofing, a limitováním maximálního počtu hovorů. Klient nejprve zašle serveru zprávu NEW s prázdným polem CallToken. Server zjistí, zdali tento účet, IP adresa, respektive adresní rozsah nepřečerpal limit hovorů a odešle zprávu CALLTOKEN (obsahující Call token). Klient odpoví znovu zprávou NEW, která obsahuje zaslaný Call token. Server ověří zdali Call token souhlasí a další průběh již je stejný jako bez této metody. V současné době však není tato metoda mnoha klienty podporována, a tak je většinou vypnuta parametrem calltokenoptional Příklady konfigurace protokolu IAX2 v PBX Asterisk Níže je uvedena komentovaná ukázka konfiguračního souboru iax.conf. Řada parametrů je podobná s konfigurací kanálu SIP, a tak se zmíníme o odlišnostech. Krom metody Call token validation lze limitovat počet hovorů vázaných k individuálním účtům. V nastavení kodeků je navíc parametr bandwidth, pomocí nějž můžeme jediným parametrem povolit kodeky s malými, středními a vysokými požadavky na přenosovou rychlost, např. pro kodek G.711 musí být nastaven bandwidth=high. Typy účtů a průběh autentizace je totožný, jako v implementaci SIP protokolu, viz kap V protokolu IAX2 je podporována autentizace RSA, kdy je možno definovat odlišné klíče v obou směrech. Význam parametru transfer byl popsán již v předchozím textu a funkci demonstruje Obr. 85 vpravo. Multiplexaci více hovorů do jednoho toku lze povolit parametrem trunk=yes. Tento mód je vhodný pro IAX2 trunky mezi PBX či PBX a poskytovatelem. Přenos protokolem IAX2 lze rovněž šifrovat encryption=yes. /etc/asterisk/iax.conf [general] bindaddr= ; IP adresa ( všechny rozhranní) bindport=4569 ; Port calltokenoptional= / ; ošetření pro klienty nepodporující novou maxcallnumbers=512 ; metodu zabezpečení call token validation, ; de facto její vypnutí language=cz ; jazyk qualify=yes ; monitorování dostupnosti terminálů bandwidth=high ; povolení kodeků s vyšší rychlostí (G.711), medium střední, low disallow=all allow=alaw ; kodeky allow=gsm autokill=yes ; ukončení hovoru, nepřijde-li po New do 2 sekund Ack context=neregistrovani ; kontext pro hostovské hovory (default allowguest=yes) register =>iax_trank:heslo@provider.cz ; registrace... ; příklad volání... exten => _82X,1,Dial(IAX2/${EXTEN},20) [820] ; definice účtu pobočky type=friend ; typ účtu (user, peer, friend) username=820 ; jméno auth=md5 ; autentizace (md5, plaintext, rsa) secret=820 ; heslo (u auth=rsa nahrazeno inkeys a outkey) transfer=no ; přenesení hovoru (no, yes, mediaonly) host=dynamic ; typ hosta dynamic nebo IP context=kont_klap ; kontext trunk=no ; mód trunk umožňující multiplexaci hovorů do jednoho toku. encryption=no ; šifrování přenosu..a další parametry

85 Telekomunikační a informační systémy Protokol MGCP MGCP (Media Gateway Control Protocol) je podobně jako z něj vycházející protokol H.248/MEGACO určen k řízení MG (Media Gateway) [ 3], [ 4], [ 6], [ 7], [ 9],[ 19], [ 20], [ 22], [ 24], [ 29], [ 32], [ 34], [ 35]. Media Gateway, tj. média brána, umožňuje konverzi multimediálního toku mezi různými přenosovými technologiemi. Nejběžněji se jedná o konverzi mezi okruhově-spojovanými technologiemi (analog, TDM) a VoIP. Brána tedy konvertuje analogový přenos či datový přenos v B-kanále u TDM technologií na IP, nejčastěji zajištěný protokolem RTP. Tato činnost je řízena prvkem označovaným jako Call Agent (CA) nebo Media Gateway Controller (MGC). Komunikaci mezi CA, resp. MGC, a MG zajišťují uvedené protokoly. Uplatnění je tedy v místě vazby PSTN na IP sítě. Pro úplnost, signalizace je konvertována v signalizační bráně SG (Signaling Gateway). Standardní komponenty: Media Gateway (MG) média brána, Call Agent (CA), Media Gateway Controller (MGC) řídicí prvek brány, Stručné shrnutí: Textově orientovaný protokol vycházející z HTTP, pro přenos signalizace se používá UDP, nebo TCP standardní port brány (MG) je 2427 standardní port Call Agenta (CA) je 2727 správa multimediální relace tunelovaným protokolem SDP, real-time multimediální přenos protokolem RTP nebo šifrovaným SRTP, MGCP protokol je typu master/slave, kde master je kontrolér CA (MGC) a slave je brána MG. Formát protokolu MGCP je příkaz odpověď. CA dává příkazy a brána MG na ně reaguje, popř. může informovat (Notify) o událostech, ale pouze o těch, o kterých je jí od CA informovat povoleno. MGCP příkazy zasílané CA začínají slovem se čtyřmi znaky a jsou to: AUCX AuditConnection zjištění stavu spojením, AUEP AuditEndpoint zjištění stavu koncového bodu, tj. PSTN rozhraní brány (MG), CRCX CreateConnection požadavek vytváření spojení, obsahující SDP, DLCX DeleteConnection požadavek ukončení spojení, EPCF Endpoint Configuration příkaz konfigurace rozhraní brány (MG), NTFY Notify MG informuje CA, že nastala specifická sledovaná událost, jejíž notifikaci si CA předtím vyžádal pomocí RQNT, MDCX ModifyConnection změna vlastnosti spojení, vytvořeného CRCX +SDP, RQNT NotificationRequest požadavek, aby MG poslala notifikaci NTFY při vyskytnutu specifické události, RSIP RestartInProgress MG informuje CA, že je mimo provoz, ve stavu reset. V protokolu MGCP má každý příkaz jednoznačné transakční ID, které obsahuje i odpověď. Na každý z uvedených příkazů reaguje protistrana odpovědí začínající třemi čísly tzv. kódu odpovědi a jsou to: pouhé potvrzení, za nímž bude odpověď následovat, dočasná odpověď, za níž bude finální odpověď následovat, příkaz úspěšně proveden, dočasná chyba, trvalá chyba, specifické kódy, kódy příčiny chyby.

86 86 FEKT Vysokého učení technického v Brně Obr. 86: A - CA směr B - MG reprezentace Obsazení <== Hovor pomocí RTP ==> Závěr dopředný Potvrzení Přihlášení CRCX ( + SDP) 100 (CRCX) 200 (CRCX) (+SDP) DLCX Potvrzení závěru 250 (DLCX) Průběh signalizace protokolu MGCP. Triviální ukázku budování hovorového spojení protokolem MGCP uvádí Obr Příklady konfigurace protokolu MGCP v PBX Asterisk Ač PBX Asterisk podporuje celou řadu okruhově-spojovaných rozhraní a má tedy předpoklady pro využití v režimu brány, je zde implementován pouze Call Agent (CA). Níže je uvedena komentovaná ukázka konfiguračního souboru mgcp.conf. /etc/asterisk/mgcp.conf [general] port = 2727 ; IP port CA bindaddr = ; IP adresa ( všechny rozhranní) [ ] ; specifikace MG, příklad s analogovými porty host = ; IP brány line => aaln/1 ; jednotlivé linky brány line => aaln/2 ; příklad volání: exten => 841,1,Dial(MGCP/aaln/1@ ,20) line => aaln/3 line => aaln/4 dtmfmode=rfc2833 ; DTMF mód context = mgcp_kon ; kontext directmedia = yes ; může provést re-invite.. a celá řada dalších parametrů Podstatně rozsáhlejší implementaci MGCP protokolu nalezneme např. v PBX YATE, kde je implementován jak CA, tak MG. V PBX YATE je implementován i protokol přenosu signalizačního systému SS7 přes IP síť SIGTRAN a CA má zde implementovánu podporu vazby na konfiguraci SS7. Této problematice se budeme věnovat v následující kapitole. 6.6 VoIP protokoly pro vazbu na SS7 Signalizační systém číslo 7 (SS7) je signalizačním standardem pro mezi-ústřednovou komunikaci mezi různými operátory. Jeho přenos přes IP síť je stále aktuálnější. Pro potřebu přenosu nebo konverze vznikla celá řada protokolů. Připomeňme, že protokol SS7 byl navržen pro přenos po TDM síti, a tak adresuje přímo hovorové okruhy v E1 pomocí CIC identifikátorů, viz kapitola 5.7. Tato závislost na přenosové technologii je dalším problémem při konverzi a přenosu po IP síti s ohledem na vyjednání vlastností multimediální relace a vazbu na přenos pomocí RTP protokolu. Krom konverze protokolu či jeho zapouzdření pro přenos po IP síti je tedy nutno doplnit protokol, který tento nedostatek odstraní. Zcela logickým řešením je využití protokolu MGCP či

87 Telekomunikační a informační systémy 87 H.248/MEGACO, jak bylo uvedeno v přehledovém Obr. 75. CIC identifikátory v protokolu SS7 odkazují na hovorové okruhy MG brány. Signalizační protokoly pro vazbu na signalizační systém SS7 a jeho přenos po IP síti jsou zejména [ 4 ], [ 6 ], [ 13 ], [ 24 ]: BICC (Bearer Independent Call Control ITU-T), SIP-T (Session Initiation Protocol for Telephones IETF), SIGTRAN (SIGnaling TRANslation IETF) Protokol BICC BICC (Bearer Independent Call Control ITU-T Q.19XX) je protokol založený na protokolu SS7-ISUP. Na rozdíl od ISUP zahrnuje pouze hovorovou signalizaci, a tedy nikoli dohled nad přenosem hovoru (bearer connection control), jako je tomu v SS7-ISUP. Ten je realizován specifickými protokoly, např. H.248 jak již bylo uvedeno, které zastřešuje. To umožňuje protokolu BICC řízení hovorové signalizace nad různými typy technologií (ATM, IP). Tedy protokol BICC, jak jeho název uvádí, je nezávislý na použité přenosové technologii ATM/IP. V protokolu jsou definovány tři možnosti přenosu CS (Capability Set): CS1 přenos přes ATM síť, CS2 přenos přes IP síť a CS3 rozšířené služby a vazba na SIP, známý jako SIP-I. Jak již bylo uvedeno v protokolu SS7-ISUP je přímá vazba na okruh, v němž je přenášen hovor, protože 12-bitový identifikátor CIC udává okruh, případně i svazek okruhů. V protokolu BICC je vazba k budovanému hovoru definována prostřednictvím CIC (Call Instance Code), který tvoří čtyři oktety v BICC paketu Protokol SIP-T SIP-T (Session Initiation Protocol for Telephones) protokol definuje rozhraní mezi SIP a ISUP-SS7. Dle něj lze realizovat bránu SIP-ISUP nebo realizovat přenos signalizace ISUP-SS7 přes IP síť. Umožňuje jak konverzi zpráv ISUP-SS7 na SIP, tak jejich zapouzdření do SIP paketů ve formě MIME. Implementován je např. v PBX YATE Skupina protokolů SIGTRAN SIGTRAN (SIGnaling TRANslation) označuje sadu protokolů IETF umožňující přenos signalizace SS7 přes IP síť jejich zapouzdřením do IP paketů. K přenosu je využíván na transportní vrstvě Stream Control Transmission Protocol (SCTP). SCCP MTP3 M2PA MTP2 MTP1 M3UA SCTP IP SUA Obr. 87: Protokolová sada SIGTRAN.

88 88 FEKT Vysokého učení technického v Brně Zapouzdření lze realizovat, jak uvádí Obr. 87, na 2. vrstvě SS7 (MTP2) M2PA, M2UA, 3. vrstvě SS7 (MTP3) M3UA a aplikační vrstvě SUA, IUA, V5UA. SIGTRAN obsahuje tyto protokoly: M2UA MTP2 User Adaptation Layer (RFC 3331) pro SS7 MTP2, M2PA MTP2 User Peer-to-Peer Adaptation Layer (RFC 4165) pro SS7 MTP2, M3UA MTP3 User Adaptation Layer (RFC 4666) pro S77 MTP3, SUA SCCP User Adaptation (RFC 3868), IUA ISDN User Adaptation (RFC 4233, RFC 5133) pro Q.921 a Q.931, V5UA V5 User Adaptation (RFC 3807) pro V5.2 LAPV5, Implementaci protokolu SIGTRAN nalezneme v řadě licencovaných produktů, SS7/IP bran. V Open Source PBX najdeme implementovány M2PA a M2UA v PBX YATE. SG STP SPC YATE: STP MG TDM/MGCP MG SSP SPC Asterisk E1-TDM voice IP-MGCP/RTP Obr. 88: SSP SPC YATE MGCP CA E1-SS7 IP-SIGTRAN Konvergovaná experimentální síť SS7 a průběh komunikace. Experimentální konvergovanou síť uvádí Obr. 88. V TDM SS7 síti je ústředna SSP s SPC realizovaná pomocí PBX Asterisk s využitím knihovny LibSS7, viz kap V IP síti je ústředna SSP s SPC realizovaná s pomocí PBX YATE a má implementován protokol SIGTRAN a MGCP CA. S pomocí Open-Source YATE je realizován STP s Jedná se současně o signalizační bránu SG i média bránu MG. Průběh zachycené komunikace na IP rozhraní SG/MG při volání z ústředny s SPC na ústřednu s SPC uvádí Obr. 88 vpravo.

89 Telekomunikační a informační systémy Proprietární VoIP protokoly Každý větší výrobce PBX má vytvořen vlastní, proprietární, VoIP protokol. Pomocí něj lze plnohodnotně využít všechny funkce PBX daného výrobce. Pro tento protokol nabízí své proprietární (systémové) telefony. Často jejich využití v PBX je licenčně zvýhodněné oproti SIP telefonům. Vybraní výrobci a proprietární signalizační protokoly: Alcatel-Lucent NOE (New Office Environment), CISCO SCCP (Skinny Client Control Protocol), Nortel UNIStim (Unified Networks IP Stimulus), Panasonic PTAP (Panasonic Telephony Administration Protocol), Siemens CorNet-IP (Corporate Net.) HFA (HiPath Feature Access), Asterisk IAX2. Některé protokoly jsou nástavbou, rozšířením standardních protokolů, např. HFA je administrační nástavbou protokolu H.323 a PTAP je administrační nástavbou protokolu MGCP. Proprietární protokoly zpravidla nejsou zveřejněny, avšak protokol NOE, SCCP, a IAX2 ano a jsou podporovány programem Wireshark. Protokol NOE pod označením UAUDP (Universal Alcatel/UDP Encapsulation Protocol). Proprietární koncová zařízení (terminály) využívají často pro zjednodušení konfigurace a update firmware provisioning, tj. automatickou konfiguraci telefonu s využitím protokolu TFTP. Pro správnou funkčnost tedy postačuje nastavení správné adresy TFTP serveru (ústředny). Funkci inicializace terminálu můžeme shrnout do těchto kroků: Získání vlastní IP adresy DHCP/staticky, připojení k TFTP serveru, ověření nové verze FW, její instalace, získání konfiguračních parametrů, připojení proprietárním protokolem k ústředně a dle IP/MAC přidělení účtu, není-li IP/MAC záznam, dotaz na účet a heslo. Následně je možná běžná funkce, srovnatelná s ISDN systémovými terminály. Ukázku zachycené komunikace na telefonu Alcatel-Lucent uvádí Obr. 89. Obr. 89: Protokol NOE Zachycená komunikace na telefonu Alcatel-Lucent.

90 90 FEKT Vysokého učení technického v Brně 6.8 Přenos DTMF ve VoIP telefonii V řadě aplikací je nutno během realizovaného VoIP hovoru umožnit přenos DTMF volby. Jedná se například Interaktivní hlasové menu IVR, DISA a podobně. DTMF je možno přenášet metodami [ 9 ], [ 18 ], [ 19 ], [ 20 ]: InBand přenos je realizován přímo v RTP, společně s hovorem formou audio signálu. Některé kodeky, např. G.729, však mohou audiosignál významně zkreslit, a tak znemožnit detekci DTMF volby. SIP INFO (RFC 2976) DTMF tóny jsou přenášeny protokolem SIP metodou INFO. Přenáší se zde požadovaná číslice a doba trvání v ms. OutBand (RFC 2833) přenáší se pomocí RTP paketů, ovšem datově. Je použit dynamický rozsah PT (Playload Type) , zpravidla 101. Jedná se o tzv. telephone event. Připomeňme, že PT 0 je G.711 -law, PT 8 je G.711 A-law). Protokol umožňuje přenášet DTMF tóny, tóny faxu a modemu, tónovou výbavu (např. oznamovací, vyzváněcí tón, atd.), tóny specifické v jednotlivých zemích a tóny na přenašečích (např. ABCD signalizaci, Wink impuls, atd.). Jedná se o doporučené nastavení. Strukturu rámce uvádí Obr. 90. Event 0 16 jsou DTMF čísla a znaky 0 9, *, #, A D, Flash. E signalizuje konec a R je rezerva (0). OutBand (RFC 4733) je nástupce protokolu RFC2833 a definuje několik modifikací. Např. dle RFC 4733 mohou být zasílány ty události (events), které přijímaná strana podporuje. Bez znalosti rozsahu podporovaných událostí druhou stranou smí být zaslány pouze events 0 15, tj. DTMF tóny. V doporučení RFC 2833 je uplatněna informace v poli volume pouze pro DMTF tóny, v RFC 4733 je definovány význam i pro další události atd. bitů: event E R volume duration Obr. 90: Struktura rámce přenosu DMTF OutBand dle RFC V PBX Asterisk v jednotlivých souborech kanálů (sip.conf, iax.conf, mgcp.conf, h323.conf) lze metodu přenosu DTMF nastavit parametrem dtmfmode. Jsou podporovány metody inband, info, rfc2833 a auto, kdy je nejprve ověřen přenos dle RFC2833 a pak InBand. Shodná metoda musí být nastavena samozřejmě i na druhé straně komunikace. 6.9 Přenos FAXu ve VoIP telefonii Ač použití faxu se jeví dnes zastaralé, stále existuje řada firem, které fax využívají a vyžadují, např. zasílaní objednávky zboží faxem. Je-li přenos faxu vyžadován, můžeme jej ve VoIP realizovat následujícími způsoby [ 20 ]: Transparent fax je přenášen jako analogový signál v RTP kodekem, který je nakonfigurován pro přenos hlasu. Tato metoda je pro řadu kodeků nefunkční. Navíc musí být zajištěny vhodné kodeky po celé trase. Pozor poskytovatelé často využívají na bránách do PSTN sítě kodek G.729, s kterým tento způsob přenosu nelze realizovat. Bypass (Pass-Through) V tomto případě VoIP brána detekuje faxový přenos a přepne kodek na G.711 nebo G.726. Dále vypne potlačení přenosu v tichých místech VAD (Voice activity detection) a potlačení ozvěny EC. Jsou zde však stejné potíže jako v předchozím případě. Po trase může dojít k překódování, a tak zvolený kodek po celé trase nelze zaručit.

91 Telekomunikační a informační systémy 91 T.38 (T.38 Relay) přenos protokolem T.38. Jedná se o datový přenos faxu protokolem k tomu určeným, a tedy spolehlivý způsob přenosu. Průběh komunikace uvádí Obr. 91. Bohužel tato metoda nebývá VoIP poskytovateli podporována. RFC3362 Real-time Facsimile (T.38) image/t38 MIME Sub-type. mail2fax a fax2mail jsou metody nabízené některými poskytovateli. Příchozí FAX je zaslán ve formátu pdf na zvolenou ovou adresu a opačně. Skripty pro realizaci služby mail2fax a fax2mail pro PBX Asterisk naleznete stránkách Distribuce PBX Asterisk obsahují režim T.38 PassThrough, kdy Asterisk podporuje přenos FAXu dle T.38 tím, že umožňuje detekci FAXu a přenos pomocí UDPTL (UDP Transport Layer) namísto RTP. Umožňuje však pouze SIP SIP přenos. Podpora T.38 byla v posledních verzích rozšířena. Jsou nabízeny i další komerční i Open Source řešení umožňující realizaci FAXové brány dle T.38 a vazbu na TDM. Jednoduchý příklad umožňující příjem FAXu do souboru je uveden níže. /etc/asterisk/sip.conf další rozšiřující nastavení přenosu v udptl.conf [general] faxdetect = yes ; detekce faxu, ve směrovacím plánu bude použita klapka fax t38pt_udptl = yes,fec ; (yes, fec /,redundancy/,no) - nastavení opravy chyb FEC extensions.conf exten => fax,1,set(faxfile=/..cesta../${uniqueid}.tif) exten => fax,2,receivefax(${faxfile} ;Uložení příchozího FAXu do souboru pomocí aplikace app_fax. Nutno doinstalovat knihovny: Spandsp, libtiff Obr. 91: Zachycená komunikace přenosu FAXu protokolem T.38.

92 92 FEKT Vysokého učení technického v Brně 6.10 ENUM ENUM (Electronic NUMbering telephone NUmber Mapping RFC3761) je doporučení, které definuje mapování telefonního čísla dle E.164 na řetězec URI znaků, který slouží k identifikaci služby nebo zdrojů, tj. webové adresy, adresy u, adresy bran SIP a H.323, pomocí systému doménových jmen DNS [ 18 ], [ 19 ], [ 34 ], [ 35 ]. Struktura záznamu je patrná z následujícího výpisu dotazu na záznam k číslu : dig naptr +short e164.arpa vráceno: "u" "E2U+sip" "!^\\+(.*)$!sip:\\1@vutbr.cz!" "u" "E2U+h323" "!^\\+(.*)$!h323:\\1@h323.vutbr.cz!". DNS PBX @vutbr.cz VoIP brána VUT Obr. 92: Směrování hovoru s využitím ENUM. Princip využití ENUM při směrování hovoru uvádí Obr. 92. Kromě veřejného stromu e164.arpa, kde jsou mapována veřejná čísla, existují privátní stromy bez dohledu standardizačních organizací a menší regulací např.: e164.cesnet.cz, e164.org, atd. Příklad použití ENUM v PBX Asterisk: /etc/asterisk/extensions.conf exten=>_0.,1,dial(sip/${enumlookup(+420${exten:1},sip,,1,e164.arpa)}) 6.11 NAT a VoIP telefonie Použití VoIP telefonie v lokální síti (podsíti) za směrovačem je často problematické. Důvodem je nezbytný překlad lokální adresy na adresu veřejnou, tj. NAT (Network Address Translation). Správné označení by však mělo být NAPT (Network Address Port Translation), protože se zpravidla jedná o mapování několika IP koncových prvků v lokální síti na jednu adresu veřejnou, kdežto u čistého NATu by pro každý překlad musela existovat zvláštní veřejná IP adresa. VoIP klient v lokální síti navíc nezná veřejnou IP adresu ani port mapování a protistraně zasílá lokální údaje o IP adrese a portu. Existuje několik variant překladu adresy a portu [ 9 ]: Full Cone NAT, Restricted Cone NAT, Port Restricted Cone NAT, Symmetric NAT. Full Cone NAT (mapování jedna k jedné) všechny požadavky ze stejné lokální IP a portu jsou mapovány na stejnou veřejnou IP a port. Jedná se v podstatě o statické mapování IP:port IP:port.

93 Telekomunikační a informační systémy 93 Restricted Cone NAT oproti předchozímu musí nejprve VoIP klient v lokální síti zaslat paket PBX ve veřejné síti. Poté všechny pakety z PBX ve veřejné síti, a to i s odlišnými porty, jsou poslány na VoIP klienta ve vnitřní síti. Port Restricted Cone NAT oproti předchozímu lze VoIP klientu v lokální síti poslat paket jen pokud, byl VoIP klientem v lokální síti dříve zaslán paket PBX ve veřejné síti o tomto portu. Symmetric NAT požadavky ze stejné vnitřní IP a stejného portu jsou mapovány na vnější IP a port pro danou komunikaci s externím zařízením. Při komunikaci s jiným zařízením ze stejné vnitřní IP a stejného portu je vytvořeno odlišné mapování. Původní je odstraněno. Mezi nejčastější způsoby řešení problematiky NAT ve VoIP telefonii patří: STUN (Simple Traversal UDP through NAT) RFC3489, TURN (Traversal Using Relays around NAT) RFC 5766, IEC (Interactive Connectivity Establishment) RFC 5245, rport (receive port parameter) RFC 3581, pomocí podpory překonání NATu na serveru, kde je SIP Proxy, podpora na směrovači: - UPnP (Universal Plug and Play), - ALG (Application Layer Gateway). VPN (Virtual Private Network). STUN (Simple Traversal UDP through NAT RFC3489) je protokol, který umožňuje zařízením v lokální síti zjistit jejich vnější mapování, tj. IP adresu, port a typ NAT mapování pomocí serveru STUN ve veřejné síti. Bohužel pokud je použit symetrický NAT, nelze STUN server použít. Vnější přidělený port pro komunikaci se STUN serverem bude odlišný od mapování pro jiné zařízení, např. SIP Proxy. V tomto případě, zvláště u HW zařízení, je možno použít první variantu NATu, tj. statický NAT jedna k jedné, přímo na směrovači. STUN server dokáže zjistit, jak uvádí Obr. 93, s využitím dvojice IP adres a portů ve veřejné síti vnější mapování, tj. IP adresa:port a typ NATu. Tyto informace zašle zařízení v lokální síti / : : :38355 směrovač :38355 STUN server : 3478, :3478,3479 PBX Obr. 93: Princip překonání NAT s využitím STUN serveru TURN (Traversal Using Relays around NAT RFC 5766) je protokol, který umožňuje s využitím TURN serveru ve veřejné síti přijímat data zařízením za NATem, včetně za symetrickým NATem. Lze jej využít i pro IPv4 IPv6 relay. Princip uvádí Obr. 94.

94 94 FEKT Vysokého učení technického v Brně TURN klient TURN Allocate Allocate Response Relayed address: :43125 Keep - alive SIP INVITE SDP: :43125 TURN data + RTP NAT TURN Allocate Allocate Response Relayed address: :43125 SIP INVITE SDP: :43125 TURN data + RTP TURN server Alokace portu RTP SIP peer Obr. 94: Princip překonání NATu s využitím TURN serveru. IEC (Interactive Connectivity Establishment RFC 5245) je protokol vhodně využívající STUN i TURN metodu. Na základě analýzy sítě určí jednotlivé možnosti a vypočte priority tzv. kandidátů. rport (receive port parameter RFC 3581) je rozšíření položky Via protokolu SIP o nový parametr rport. Jeho využití uvádí Obr. 95. SIP klient INVITE Via: SIP :5060 ;rport 200 OK Via: :5060;rport=43125 Obr. 95: NAT a PBX Asterisk NAT INVITE Via: SIP :5060;rport 200 OK Via: :5060;rport=43125 Princip využití doplněné položky rport v protokolu SIP. SIP proxy Díky tomu, že PBX Asterisk pracuje jako B2BUA, jak bylo uvedeno a popsáno v kap , umožňuje velmi efektivně řešit potíže s NATem. Je však nutno věnovat pozornost těmto nastavením v individuálních souborech VoIP kanálů [ 18 ], [ 19 ]: nat = yes Tato volba způsobí, že PBX Asterisk ignoruje IP adresu (i port), kterou mu zasílá klient ve zprávě SIP INVITE v poli Contact a odpověď zasílá na stejnou IP adresu a port, odkud mu byla zpráva zaslána. qualify = yes NAT mapování je nutno udržet, protože po určité době nevyužívání je smazáno. Toto nastavení způsobí, že PBX Asterisk pravidelně každou minutu zasílá zprávu SIP OPTION. Od verze Asterisku lze změnit frekvenci opakování parametrem qualifyfreq. directmedia = nonat Rovněž je nutné, není li použit STUN, zakázat pro klienty za NATem možnost re-invite, viz Obr. 79. Podobně v protokolu IAX2 nastavit transfer = no.

95 Telekomunikační a informační systémy 95 7 IP telefonie Zajištění kvality a bezpečnosti Kvalitu hovoru v IP telefonii ovlivňuje zejména použitý kodek, zpoždění přenosu, změna zpoždění (tzv. jitter), ztrátovost paketů a hovorové echo. V ITU-T G.107 je definován tzv. E-model [ 20 ], [ 35 ]. Výstupem E-modelu je jediné číslo, tzv. R-faktor, ve kterém jsou započteny jednotlivé faktory ovlivňující hlasovou kvalitu. R-faktor nabývá hodnot od 0 do 100, přičemž čím vyšší číslo, tím je hovor kvalitnější. Výpočet zahrnuje vliv nastavení hlasitosti, zkreslení, ozvěny, zpoždění, ztrátovost a rovněž tak zvýhodňující faktory: R = R o I s I d I e-eff + A (7.1) R o základní koeficient poměru signál-šum, I S součet všech faktorů, které během přenosu negativně ovlivňují hovor, I d vliv zpoždění na kvalitu hovor, I e-eff efektivní faktor vlivu koncových zařízení na kvalitu hovor, A zvýhodňující faktor. Přehled parametrů vstupujících do výpočtu lze získat z Obr. 96. Na stránkách ITU-T lze nalézt interaktivní kalkulátor R-faktoru. Obr. 96: E-model dle ITU-T G Metody hodnocení kvality hovoru Pro vyhodnocení kvality hovoru byla definována veličina MOS (Mean Opinion Score) umožňující porovnávat kvalitu ve stupnici od 0 (nejhorší) do 5 (nejlepší). Hodnotu MOS lze stanovit metodami: subjektivními (S), objektivními (O), odhadem na základě modelu a vlastností systému (E). Test může být konverzační (C) nebo poslechový (L). Kombinací uvedených možností získáme metody: MOS-CQS, MOS-CQO, MOS-CQE, MOS-LQS, MOS-LQO a MOS-LQE.

96 96 FEKT Vysokého učení technického v Brně Subjektivní metody pro měření MOS jsou popsány v normě ITU-T P.800 a jedná se o poslechové testy, kdy posluchači subjektivně hodnotí kvalitu hovoru. Dosažená hodnota MOS závisí i na jazyku posluchačů. Například pro Japonštinu jsou dosahovány výrazně nižší hodnoty. Subjektivními metodami jsou například: ACR (Absolute Category Rating test) Skupina posluchačů hodnotí subjektivně kvalitu hovoru v poslechovém testu ve stupnici 0 až 5. DCR (Degradation Category Rating) Posluchači porovnávají původní a degradovaný zvukový záznam po průchodu telekomunikačním řetězcem. CCR (Comparison Category Rating) Posluchači porovnávají původní a degradovaný zvukový záznam. Ty jsou jim však přehrávány v náhodném pořadí. Ve stupnici 3 až -3 posluchači hodnotí, zdali zvukový záznam je lepší nebo horší než předchozí. Objektivní metody pracují nejčastěji na principu srovnání původního a degradovaného zvukového záznamu, nebo přímým výpočtem pouze z degradovaného zvukového záznamu. Mezi metody pracující na principu srovnání patří: PSQM (Perceptual Speech Quality Measure ITU-T P.861). PSQM+ je vylepšení metody PSQM vhodné pro měření digitálních linkách. PAMS (Perceptual Analysis Measurement System) navržena firmou British Telecom. PESQ (Perceptual Evaluation of Speech Quality ITU-T P.862) je založen na psychoakustickém modelu a hodnocení vzorků z PSQM+ a metodě rekurentní časové korelace z metody PAMS. POLQA (Perceptual Objective Listening Quality Assessment ITU-T P.863) je nová metoda při jejím vzniku byl brán zřetel na vlastnosti nových kodeků. Umožňuje měření v telefonním pásmu 0,3 3,4 khz i v pásmu 0,05 14 khz. Odhad na základě modelu (E) využívá řada testerů pro měření QoS. Zpravidla nejsou do výpočtu zahrnuty všechny vlivy uvedené v E-modelu. Přepočet hodnoty R-faktoru na MOS je uveden přímo v ITU-T G.107: MOS = 1+0,035 R+R (R - 60) (100 - R) (7.2) Většinou se QoS slovně uvádí v celkem 6 rozmezích MOS/R: Velmi dobrá (4 5 / ), dobrá (4 4,3 / 80 90), uspokojivá (3,6 4 / 70 80), neuspokojivá (3,1 3,6 / 60 70), velmi neuspokojivá (1,6 3,1 / 50 60), nevyhovující (1 2,6 / 0 50). Při dalším výkladu si hodnocení kvality zjednodušíme na 3 rozmezí: 7.2 Kodek Dobrá MOS 4,0 5,0 (R-faktor ), akceptovatelná MOS 3,6 4,0 (R-faktor 70 80), nevyhovující MOS 1,0 3,6 (R-faktor 0 70). Kvalitu hovoru lze ovlivnit zejména volbou kodeku. Dle přenášeného kmitočtového pásma analogového signálu můžeme kodeky rozdělit na [ 20 ], [ 11 ], [ 12 ], [ 30 ]: Úzkopásmové (Narrowband) NB Širokopásmové (Wideband) WB Super širokopásmový (Super WB) Hi-Fi audio pásmo (Full band) FB Hz / fvz = 8 khz Hz / fvz = 16 khz Hz / fvz = 32 khz Hz / fvz = 48 khz

97 Telekomunikační a informační systémy 97 Přehled kodeků, společně s použitým algoritmem, výpočtovou náročností, vzorkovacím kmitočtem, přenosovou rychlostí na aplikační vrstvě a MOS uvádí Tab. 9. V PBX s uzavřeným kódem jsou zpravidla k dispozici pouze kodeky G.711, G a G.729. kodek Tab. 9: algoritmus Přehled kodeků. náročnost fvz [MIPS] [khz] přenosová rych. [kbit/s] MOS [ACR] G.711 (alaw,ulaw) PCM ~ 0, , 56 4,4 G G.718 R1: 64kb/s PCM, R2a: R1+16kb/s NB R2b: R1+16kb/s WB R3: R1+R2a+R2b CELP, AMR NB MDCT WB G.719 (g719) $ MDCT ~ G.721 (adpcm) ADPCM ~ ,1 G.722 (g722) Sub-band ADPCM ~ [48 56] 4,5 G [G.722.2] $ (Siren7,Siren14) MDCT /AMR WB ~ 11/ [23.8] 4,0 G (g723) $ MPC-MLQ ~ ,3 [5,3] 3,9 G.726 (g726) ADPCM ~ [ ] 4,2 G.728 $ LD-CELP ~ [12,8] 4,2 G.729 (g729) $ [A] CS-ACELP ~20/ [6,4 11,8] 4,1 G $ CELP, TDBWE 8/ GSM (gsm) RPE-LTP ~ ,5 ilbc (ilbc) LPC ~ ,3 4,2 Speex (speex) CELP ~ ,15 44,2 2,5 4,1 LPC10 (lpc10) LPC ~ ,5 2,3 V Tab. 9 v kulatých závorkách u názvu kodeku jsou uvedeny názvy kodeků v PBX Asterisk. Nekódovaná PCM v PBX Asterisk je označována jako slin (Signed Linear PCM). Výpis kodeků lze získat po zadání: core show codecs. Značkou $ jsou označeny licencované kodeky. Pro ty v PBX Asterisk platí, že bez použití licence je lze pouze přenášet bez možnosti transkódování, tj. v tzv. pass-through režimu. Například licence G.729 stojí cca 390 Kč/kanál. V tabulce jsou uvedeny i nové kodeky, které ještě nejsou běžně podporovány. Například kodek G je zpětně kompatibilní s G.711 a definuje celkem 4 režimy [ 12 ]. Kodek G.719 je prvním ITU-T kodekem, který přenáší celé audio pásmo [ 30 ], tzv. FB (Full band) kodek. V PBX Asterisk je podporován v pass-through režimu. Tab. 10 uvádí zpoždění pro jednotlivé kodeky. V lokální síti je vhodné použit kodek G.711 (alaw). Použití velkého množství kodeků v rámci jednoho systému není vhodné, protože je zde velká režie výpočetního výkonu na transkódování. Rovněž všechny zvukové soubory (hlášky) systému, používané v IVR a pro ošetření různých chybových a informačních stavů PBX, je vhodné transkódovat do podporovaných kodeků v PBX. Vhodnou aplikací pro transkódování je např. aplikace SOX. V jednotlivých VoIP zařízení lze zvolit prioritu kodeků nebo i vnutit pouze jeden kodek (single codec).

98 98 FEKT Vysokého učení technického v Brně Konfigurace kodeků v PBX Asterisk v jednotlivých souborech kanálu, např. sip.conf, iax.conf, mgcp.conf, h323.conf, byla již uvedena v kapitole 6. Tab. 10: Zpoždění při použití kodeku. kodek algoritmus zpoždění [ms] G.711 PCM 0,125 G PCM, QMF rozklad 12 G.718 CELP, AMR, MDCT 43 G.719 MDCT 40 G.722 ADPCM 3 G MDCT 40 G AMR WB 25,9 G MP-MLQ 37,5 G.726 ADPCM 0,125 G.728 LD-CELP 1,25 G.729 CS-ACELP 15 G CELP, TDBWE, TDAC Zpoždění, změna zpoždění a ztrátovost paketů Zpoždění, změna zpoždění (jitter) [ 20 ] a ztrátovost jsou nejmarkantnějšími rozdíly IP telefonie oproti okruhově spojovaným technologiím, kde je zpoždění řádově nižší a změna zpoždění a ztrátovost se nevyskytuje. Důvody vzniku zpoždění jsou: Kódování signálu, odeslání paketů, přenos paketů, čekáním paketů ve frontách přenosových zařízení, v přijímacím bufferu VoIP k potlačení změny zpoždění, dekódováním signálu. V dříve uvedené stupnici můžeme hodnotit zpoždění <150 ms za dobré, ms za akceptovatelné a > 300 ms za nevyhovující. Změnu zpoždění (jitter), která vzniká zejména čekáním ve frontách přenosových zařízení, můžeme hodnotit pro hodnotu <20 ms za dobrou, ms za akceptovatelnou a >50 ms za nevyhovující. Čas přijmu paketu ztráta paketu jitter buffer průměrné zpoždění Čas odeslání paketu Obr. 97: Eliminace změny zpoždění s pomocí jitter bufferu.

99 Telekomunikační a informační systémy 99 Obr. 97 demonstruje eliminaci změny zpoždění pomocí přijímacího bufferu, tzv. jitter buffer, ve VoIP koncovém zařízení. Hodnota zpoždění jitter bufferu (červená čára v Obr. 97), ke které jsou korigovány zpoždění příchozích paketů je zpravidla určována dle distribuce zpoždění příchozích paketů, hovoříme o adaptivním jitter bufferu. Pakety, které jsou přijaty po této hodnotě, jsou de facto ztraceny, nelze již je využít. Doporučené nastavení jitter bufferu, je-li fixní, je ms v lokálních sítích a ms ve veřejné síti. V PBX Asterisk je použit jitter buffer vždy, pokud je realizováno propojení mezi kanály produkujícími a neprodukujícími změnu zpoždění, jak uvádí Obr. 98. Rx ============ (Jitter Buffer)======== Tx SIP okruh Přemostění DAHDI okruh Tx ============ ======================= Rx Obr. 98: Umístnění jitter bufferu v PBX Asterisk při vazbě SIP a DAHDI kanálu. Použití jitter bufferu i při přemostění kanálů produkujících jitter lze povolit. Více jitter bufferů v cestě však způsobuje nestability v adaptaci. Nastavení jitter bufferu v kanálu SIP v souboru sip.conf je uvedeno níže. Podobná konfigurace je rovněž i v iax.conf, mgcp.conf a chan_dahdi.conf. /etc/asterisk/sip.conf [general] jbenable = yes ; Povolení JB při přemostění kanálů, které neprodukují jitter (chan_dahdi). jbforce = no ; Povolení JB i pro kanály produkující jitter (SIP). jbmaxsize = 200 ; Maximální délka JB v milisekundách. jbresyncthreshold = 1000 ; Přeskočení dlouhých úseku zpoždění. jbimpl = fixed ; Typ JB: fixed - délka je rovna jbmaxsize, adaptive - proměnná délka JB. jblog = no ; logování Ztrátovost paketů, kdy se nemusí jednat doslova o ztrátu paketu, ale o překročení zpoždění eliminované jitter bufferem, je nutno vždy eliminovat algoritmy maskování ztracených paketů PLC (Packet Loss Concealment). Buď jsou vloženy nuly, zopakována předchozí sekvence nebo je použit sofistikovanější algoritmus dopočtu chybějících vzorků. Ztrátovosti paketů může mít u některých kodeků destruktivní účinek. Dle dříve uvedené stupnice můžeme hodnotit ztrátovost <0,5 % za dobrou, 0,5 1,5 % za akceptovatelnou a >1,5 % za nevyhovující. Jednotlivé kodeky jsou různě citlivé na ztrátu paketu, jak uvádí Tab. 11. Zde I e-ef je Efektivní faktor vlivu koncových zařízení, započítávaný v E-modelu při pravděpodobnosti ztráty P pl. Z tabulky Tab. 11 je vidět, že velmi citlivý na ztrátovost je GSM kodek. kodek Tab. 11: I e-ef P pl = 0% Citlivost kodeků na ztrátovost paketů. I e-ef I e-ef I e-ef P pl = 0.5% P pl = 1% P pl = 1.5% I e-ef P pl = 2% G.711 bez PLC G G G GSM FR V PBX Asterisk, je možno monitorovat zpoždění, změnu zpoždění a ztrátovost, jak uvádí Obr. 99. V kanálu IAX2 jsou dostupné statistiky z obou koncových zařízení.

100 100 FEKT Vysokého učení technického v Brně Obr. 99: Monitorování zpoždění, změny zpoždění a ztrátovosti v PBX Asterisk. 7.4 Hovorová ozvěna echo K nejvýraznějšímu vzniku hovorové ozvěny (echa) [ 20 ] dochází v kombinovaných sítích PSTN VoIP. Zdrojem ozvěnového signálu je nevyvážená vidlice analogového telefonu. Vzniklá ozvěna není v PSTN síti uživatelem negativně vnímána, což je dáno malým zpožděním v této síti. Zpoždění se u analogových či TDM sítí pohybuje kolem 2 ms pro vnitrostátní hovory a přibližně okolo 20 ms pro mezikontinentální hovory. K negativnímu vnímání působení ozvěnového signálu dochází právě v kombinovaných sítích, kde se k ozvěnovému signálu přidává zpoždění přenosem po IP síti, jak uvádí Obr zdroj ozvěny signál ozvěny nárůst zpoždění POTS VoIP brána VoIP Obr. 100: Vznik hovorové ozvěny echa. Úroveň ozvěnového signálu (echa) a velikost zpoždění přenosu tedy spolu úzce souvisí. Doporučené hodnoty dle ČTU uvádí Obr. 101, kde je závislosti míry útlumu hlasitosti ozvěny TELR (Talker Echo Loudness Rating) na zpoždění přenosu. Obvyklá hodnota pro analogový telefon je 33 db. Pro VoIP technologii se doporučuje 65 db. Potlačení ozvěny musí splňovat požadavky dle ITU-T G.164 a G.165. Řešením může být VoIP koncové zařízení s podporou potlačení ozvěny (echo cancellation) dle ITU-T G.168. Další možností jsou hardwarové karty, např. s rozhraním E1, s DSP modulem a implementovaným algoritmem ITU-T G.168. Tato problematika je částečně řešena i přímo v software PBX. S postupným snižováním počtu analogových koncových zařízení se tento problém vytratí. Modul potlačení ozvěny dle ITU-T G.168 musí být umístněn v místně zakončení analogového či TDM okruhu. V IP síti dochází k proměnnému zpoždění, což následné potlačení echa v koncovém VoIP zařízení znemožňuje. Softwarová implementace potlačení ozvěny je součástí DAHDI ovladače a výrazně zatěžuje procesor, kdy každý kanál generuje přerušení každou 1 ms, hardwarové pouze každých 10 ms.

101 Telekomunikační a informační systémy 101 db 60 TELR 50 Doporučená oblast Povolená oblast 10 Nepovolená oblast T ms Obr. 101: Závislost požadovaného útlumu ozvěny TELR na zpoždění přenosu. 7.5 Zajištění QoS pro VoIP V předmětech věnovaných síťovým technologiím jste se měli možnost seznámit s dvojicí základních přístupů zajištění QoS: Integrované služby (IntServ) rozlišení na úrovni jednotlivých datových toků, zajištění QoS po celé trase (End to End QoS), všechny prvky v síti musí podporovat protokol RSVP a udržovat informace o každém datovém toku, což klade vysoké nároky na směrovače. Diferencované služby (DiffServ) priorizace dle rozlišení na základě DiffServ Code Point (DSCP). DSCP pole je v IP hlavičce verze 4 v TOS oktetu, v hlavičce IP verze 6 v oktetu provozní třídy. DSCP tvoří prvních šest nejvýznamnějších bitů DS5 DS0, následující 2 bity ECN nejsou využity. Implicitní DSCP je (DE). DSCP pole je zpětně kompatibilní s IP precedence. V RFC2597 jsou definovány 4 třídy zaručení přenosu (Assured Forwarding) AF1x AF4x a pro každou tři úrovně pravděpodobnosti ztráty paketu x = 1 až 3, což lze využít při přetížení sítě. RFC2598 definuje EF (Expedited Forwarding), která by měla umožnit dosažení nízké ztráty paketů, malé zpoždění a jitter pro definovanou maximální přenosovou rychlost, nad níž jsou pakety zahazovány. Vytváří tak vlastně virtuální pronajatou linku (virtual leased line). Použití EF DSCP 46 je doporučeno pro hlasový přenos. V softwaru jednotlivých zařízení bývá označen jako EF, decimální hodnotou 46, hexadecimální 0x2e, binárně , v případě uvádění celého oktetu DiffServ 184 decimálně a 0xb8 hexadecimálně. V případě použití VLAN sítě dle IEEE 802.1Q obsahuje rozšířený, tagovaný, paket navíc tři bity definující prioritu 0 7 (PCP Priority Code Point) dle IEEE 802.1p. Což umožňuje priorizaci na 2. vrstvě (na 3. vrstvě DiffServ). Takto lze zajistit QoS při přenosu přes L2 přepínače (switch) a další síťové prvky s podporou IEEE 802.1p. Doporučené nastavení QoS (DiFFServ/802.1p) je: Přenos hlasu RTP EF/5, přenos signalizace SIP AF41/3, přenos videa AF31/3 a ostatní provoz DE/0.

102 102 FEKT Vysokého učení technického v Brně Uvedené hodnoty lze nastavit na koncových zařízeních a PBX, jedná se však jen o označkování paketů pro odlišení typu provozu. Podstatné je, zdali jsou nastaveny individuální prvky v síti, aby tato označení brala v potaz a priorizovala takto označené pakety ve frontách. Nastavení DiffServ/802.1p v jednotlivých konfiguračních souborech kanálů je uvedeno níže. /etc/asterisk/sip.conf [general] tos_sip = af31 ; Značkování SIP paketů tos_audio = ef ; Značkování RTP paketů Je-li použito VLAN, můžeme nastavit COS prioritu i na druhé vrstvě dle IEEE 802.1p: cos_sip = 3 ; Značkování SIP paketů cos_audio = 5 ; Značkování RTP paketů 7.6 Dimenzování šířky pásma pro VoIP provoz Pro dimenzování optimální šířky pásma lze využít matematických modelů. Problematika spadá do oblasti teorie hromadné obsluhy, které je věnována kapitola 11. V Tab. 9 byly uvedeny potřebné přenosové rychlosti individuálních kodeků. Započteme-li však režii protokolu při daném zpoždění mezi RTP pakety, resp. definovaném objemu dat neseném RTP paketem (payload), můžem stanovit potřebnou přenosovou rychlost, jak uvádí Tab. 12. Nejběžněji používané nastavení je 20 či 30 ms [ 9 ]. Tab. 12: Potřebná přenosová rychlost na linkové vrstvě dle payloadu. Δ t [ms]/payload [byte] 2,5/20 5/40 10/80 20/160 30/240 50/ kb/s G.711 [kb/s] kb/s G.726 [kb/s] kb/s G.728 [kb/s] kb/s G.729 [kb/s] ,3 kb/s G [kb/s] Aplikaci teorie hromadné obsluhy pro dimenzování potřebné konektivity IP ústředny si budeme demonstrovat na jednoduchém příkladě. Využijeme zde pro zjednodušení měření objemu hovorů v hlavní provozní hodině BHT odhad, že BHT je cca 17% provozu celého dne [ 9 ]. Z logů ústředny bylo zjištěno, že poboček ústředny provolá během dne minut. V ústředně využíváme jednotně kodek G.711A. Vypočteme, jakou přenosovou rychlost potřebujeme, aby pravděpodobnost limitace připojení byla pod 1%, 0,1% a 0,01%. BHT se přibližně rovná = 17% z minut = 0,17*70 059/60 = 200 erl Ze vztahu (11.14), pomocí kódů v kapitole 11.5 či použitím webovského kalkulátoru zjistíme, že pro pravděpodobnost ztráty 1 % je počet kanálů rovno 220. Potřebná přenosová rychlost je 87 kbit/s x 220 kanálů = kbit/s. Pro ztrátu 0,1 % je počet kanálů roven 235, a tedy kbit/s. Pro ztrátu 0,01 % je počet kanálů roven 250, a tedy kbit/s. Dodejme, že pro kalkulaci konektivity by nás zajímaly pouze hovory, jejichž RTP je uzavíráno přes PBX, tedy uživatelé za NATem. Podobným způsobem můžeme vypočítat potřebný počet i dalších sdílených prostředků, např. počet transkodérů, resp. potřebný počet zakoupených licencí.

103 Telekomunikační a informační systémy Bezpečnost VoIP technologie IP telefonie se stává stále častěji cílem útoků, a proto se klade stále větší zřetel na její bezpečnost. Uveďme nejprve některé typy útoků: Útoky na dostupnost služby DoS (Denial of Service) spočívá v zahlcení, zpravidla ústředny, velkým množstvím požadavků tak, že není schopna odbavovat požadavky vůbec nebo se zpožděním. Útoky na kvalitu a funkci služby jedná se zejména o narušování hovorů, přesměrování hovoru, posílání zprávy ukončení hovoru BYE a podobně. Zcizení telefonní služby útoky vedené za účelem získání cizích přihlašovacích údajů a jejich následné zneužití. Phishing over IP (PHIT) na základě podvržené identity podvodné vylákání informací, například získání informací k přístupu k vašemu bankovnímu účtu a podobně. Odposlech hovoru nebezpečné může být získání přihlašovacích údajů například k bankovním účtům spravovaným přes telefon. Modifikace hovoru. SPAM over IP (SPIT) je obtěžování telefonáty s různými nabídkami, které často přehrává automat. Virové útoky na SW telefonů či ústředen. Zabezpečení VoIP telefonie můžeme rozdělit na zabezpečení dostupnosti služby, tj. opatření proti DoS útokům, zabezpečení signalizace proti narušování hovoru a útokům na ústřednu a zabezpečení protokolu přenosu hlasu RTP proti odposlechu a modifikaci. Útoky na dostupnost služby DoS můžeme rozdělit na útoky napadající prostředky serveru, kde je provozována ústředna, tj. zahlcením sítě (např. Ping of Death), vyčerpání systémových prostředků (např. SYN flood) a útoky napadající software ústředny, tj. vlastní telefonní aplikaci, např. záplavou paketů s požadavkem na spojení či registraci (INVITE, REGISTER, OPTIONS, atd.). Tyto útoky mají odlišný vliv na různé Open Source PBX. Opatření proti útokům na dostupnost služby DoS lze realizovat na úrovni firewallu (IPTables) nebo s pomocí systému detekce průniku IDS (Intrusion Detection Systems), např. SNORT. Zabezpečení signalizace spočívá v bezpečné autentizaci či šifrování. Pro autentizaci mohou být použity stejné metody jako u http: Basic Authentication (nezabezpečené heslo), Digest Authentication (MD5 hash), Secure MIME (S/MIME), Secure SIP (SIPS). Konfigurace SIPS (TLS) v PBX Asterisk byla uvedena v kapitole Jedná se o šifrovaný přenos signalizace, kde dalšími možnostmi jsou L2TP, PPTP a IPSec tunel. Rovněž lze nakonfigurovat firewall na koncovém zařízení tak, aby přijímal signalizaci pouze z ústředny. Zabezpečení přenosu hlasu, tj. RTP, spočívá v jeho šifrování protokoly: SRTP (Secure Real-time Transport Protocol), jehož konfigurace v PBX Asterisk byla uvedena v kapitole Znovu připomeňme, že použití SRTP bez současného použití SIPS nemá smysl. ZRTP (Zimmermann RTP) definuje rozšíření SRTP o mechanismy pro počáteční výměnu symetrických klíčů a dokáže ochránit proti útoku Man in the middle. RTP může být rovněž šifrováno standardními technikami, tj. např. IPSec zabezpečení na síťové vrstvě. To však vede k velká režie, zpoždění při sestavování tunelu a problémy s NATem. Nebo lze využít L2TP, PPTP či RTP over DTLS (Datagram Transport Layer Security).

104 104 FEKT Vysokého učení technického v Brně 8 Veřejné telefonní ústředny v národní síti, číslovací plán V naší veřejné síti se nyní používají dva typy systémů 4. generace. Jsou to Siemens systém EWSD a Alcatel 1000 systém S12. V této kapitole budou tyto systémy popsány. 8.1 Ústředna Siemens systém EWSD Produkty firmy Siemens nebo systémy z nich odvozené byly u nás vždy velmi rozšířené, např. ústředny 1. generace Tesla P51 a 2. generace PK201. Ústředna EWSD (Elektronisches WählSystem Digital) byla poprvé instalována v roce 1981 v JAR. Spojovací pole má v plné výstavbě 500 přípojek E2 8Mb/s. Umožňuje připojit až 500 x 4 x 30 = okruhů bez koncentrace nebo až účastníků s koncentrací cca 1/4. Řízení je centralizované, hierarchické. Blokové schéma ústředny uvádí Obr. 102 [ 14 ], [ 17 ], [ 31 ], [ 35 ]. Ústředna má tří článkovou strukturu DLU LTG SN. DLU obsahuje účastnické sady a koncentrační spojovací pole. LTG obsahuje rozhraní přenašečů, signalizační jednotku a je rovněž koncovým bodem signalizací. SN je spojovací pole. Analogový účastníci POTS, ISDN BRI 2B+D, V5.1 a malé PBX. DLU DLU LTG LTG rovina A B E1 PCM1 přenašeče, ISDN PRI 30B+D, V5.2, signalizace CAS, Q-sig., SS7. Datové sítě PSM DLU - Digitální jednotka účastnických vedení, LTG - Modul účastnických a spojovacích vedení, PSM - Modul spolupráce s paketovou sítí, SN - Centrální spojovací pole, SGC - Řízení SN, CCNC - Řízení sítě SS7, CP - Koordinační procesor, EM - Vnější paměť, MB - Vyrovnávací paměť, ODS MDD CCG - Centrální zdroj hodinových impulsů, OMT - Terminál obsluhy a údržby, SYP - Systémový panel, MDD - harddisk, ODS - optický disk. LTG LTG LTG CCNC CCNC SYP Obr. 102: Blokové schéma ústředny Siemens EWSD. CP CP EM SN typ A nebo B 500 x E2 CCG SGC SGC MB MB OMT

105 Telekomunikační a informační systémy 105 POTS, ISDN BRI, V5.1, malé PBX x 64 kb/s SLCA SLMCP SLM DLU DIUD DLUC 4 x PCM E1 2 Mb/s Obr. 103: Jednotka digitální účastnických vedení DLU. Jednotka DLU (Digital Line Unit), viz Obr. 103, obsahuje analogové, digitální účastnické sady a koncentrační spojovací pole. Umožňuje připojení analogových telefonů POTS, ISDN BRI 2B+D a V5.1 zařízení. Při koncentrací 1:2 až 1:8 je možno připojit 240 až 952 účastníků. SLM (Subscriber Line Module) obsahuje analogové (SLCA) nebo digitální (SLCD) účastnické sady a procesor účastnických modulů (SLMCP), který dohlíží nad účastnickými sadami a změnu stavu účastníka předává DLUC, který komunikuje s nadřízeným LTG. DLU dále obsahuje jednotku digitálních rozhraní DIUD a řídicí jednotku DLUC. Koncentrační spojovací pole je realizováno přidělováním time-slotu v rámci čtveřice interních PCM. 4 x PCM E1 2 Mb/s DIU TOG CR SU GP GS LTG Obr. 104: Jednotka účastnických a spojovacích vedení LTG. L I U 1 x PCM E2 8Mb/s Jednotka LTG (Line and Trunk Unit), viz Obr. 104, tvoří jednotné rozhraní pro připojení ke spojovacímu poli SN. LTG převádí 4 x PCM E1 2 Mb/s na 1 x E2 8 Mb/s, kdy rozhraním E2 jsou připojeny obě roviny (A i B) spojovacího pole SN. DLU je připojeno ke dvojici LTG, a tak pokud má jedno poruchu, druhé jej zastoupí. Skupinářové spojovací pole GS (Group Switch) je tvořeno T-spínači 4x4 nebo 16x16 umožňující měnit časovou polohu kanálu. GS umožňuje připojit signalizační jednotku (SU), procesor (GP), rozhraním DIU a LIU. Tónový generátor (TOG) a kódový přijímač (CR) tvoří signalizační jednotku (SU). Skupinový procesor (GP) řídí obsluhu SU, přiděluje časovou polohu ÚSa a zpracovává různé signalizace, např. Q-sig, CAS, SS7. Je tedy koncovým bodem všech signalizací. Procesory GP jednotlivých LTG jsou připojeny ke Koordinačnímu procesoru (CP) permanentními datovými okruhy 64kb/s v uvolněném 0. a 16. kanále. LTG umožňuje připojit rozhraním E1 PSTN ústředny, PBX ústředny, zařízení dle V5.2 a pomocí rozhraní PSM paketové sítě. Spojovací pole SN je jádrem celé ústředny, a proto je také zdvojeno, a tedy tvořeno rovinami A a B. Obě roviny A i B spojují současně, ale vždy pouze jedna rovina je připojena (Active) a druhá je ve stavu zálohy (Standby) a připojuje se v případě poruchy. SN pole má modulovou strukturu se snadnou možností rozšíření kapacity. Pro menší ústředny do 63 LTG ( Pp nebo vedení) se používá více-článková struktura TST. Pro velké ústředny více-článková struktura TSSST, která umožňuje připojit až 500 LTG. Přepojovány jsou 8 Mb/s toky o 128 okruzích. Spojovací pole v plné výbavě, tj. 500 přípojných rozhraní E2 o 120 okruzích, umožňuje přenášet provozní zatížení erl a zpracovat cca volání v HPH. V současné době se běžně používají vývojové verze SNA a SNB s 500

106 106 FEKT Vysokého učení technického v Brně přípojnými vedeními E2. SN nové generace SND (platforma SURPASS) umožňuje připojit až 2000 LTG. SURPASS podporuje jak okruhové, tak paketové spojování. Jedná se tedy o ústřednu 5. generace. Základem časového článku je spínací jednotka T se čtyřmi příchozími a čtyřmi odchozími vedeními s multiplexy 2. řádu. Umožňuje propojovat 512 příchozích s 512 odchozími okruhy s plnou dostupností. Spínací jednotka S je v provedení buď 4x4 nebo 16x16. Základní spojovací pole je tříčlánkové TST s počtem spínacích jednotek v T-článku: 4, 16, 32, 64. U největšího spojovacího pole se 128 spínacími jednotkami v T článku je článek S rozložen na tři články, čímž se ušetří více než polovina křížových bodů. Toto největší spojovací pole TS1S2S3T propojuje okruhů multiplexu 1. řádu [ 14 ]. Subsystém řízení signalizace CCNC (Common Channel signaling Network Controller) připojuje kanály signalizace SS7 do systému EWSD. CCNC zpracovává první tři vrstvy, tj. fyzickou, spojovou a síťovou. Čtvrtá vrstva aplikační je zahrnuta v softwaru skupinového procesoru GP modulu LTG, přes které jsou připojena účastnická vedení SS7. Výměna signalizačních zpráv mezi CCNC a GP probíhá přes spojovací pole a Koordinační procesor. Koordinační procesor CP ukládá a spravuje programy ústřednových a účastnických dat, provádí směrování, hledání, dohlíží na všechny subsystémy, důležité z hlediska kontrol a poruchových hlášení, včetně lokalizace poruch, komunikuje s centrem obsluhy a údržby. Jsou k němu přiřazeny: Vyrovnávací paměti zpráv MB mezi CP, SN, LTG a CCNC, centrální zdroj hodinových impulsů CCG, systémový panel SYP, vnější paměť EM a terminály obsluhy a údržby OMT. Jedná se o víceprocesorový systém se sdílením zátěže, který je navíc zdvojen. Typy procesorů jsou (označení/max. počet volání v HPH): CP 103/22 000, CP 112/60 000, CP 113D/1 mil., CP 113C/6 mil. a CP 113E/10 mil. EWSD obsahuje i jednotku vzdálených účastníků RSU (Remote Subscriber Unit) umožňující připojit až 5000 Pp. RSU obsahuje pouze DLU a neumožňuje tak přepojování účastníků. Zpravidla je RSU připojeno pomocí 2 x E1 2 Mb/s. Pro zvýšení počtu účastníků a možnost přepojováni mezi nimi a i dalšími RSU byl vyvinut nový modul (Remote Switching Unit), viz Obr Tento modul umožňuje připojit až účastníků. RSU obsahuje až 71 LTG a využívá nové rozhraní platformy SURPASS HTI/RTI (Host/Remote Time slot Interchange). Na HTI může být připojeno až 14 RTI. Až 8 HTI může být B připojeno na SN typu A/B a až 32 HTI na SN typu D. DLU LTG rovina A RSU DLU DLU LTG LTG DLU DLU LTG LTG DLU LTG RSU RTI HTI SN typ A / B 500 x E2 typ D 2000 x E2 DLU DLU LTG LTG DLU DLU LTG LTG DLU LTG RTI CCNC CCNC SGC SGC MB MB Obr. 105: Jednotka RSU (Remote ODS Switching Unit) Siemens SURPASS. CP CP Princip spojování hovorů MDD mezi volajícím A a volaným B: SLMPC(A) vzorkuje v SLCA(A) stav účastníka A. Změnu hlásí do DLUC(A). Přes DIUD(A) a DIU(A) je změna hlášena do GP(A). GP(A) zjistí ve své paměti kategorii SYP oprávnění EM účastníka A a hlásí ji do SLMPC(A). GP(A) přiřadí volnou časovou polohu, která je zaznamenána na SLCA(A). GP(A) propojí SLCA(A) přes GS(A) s SU(A) a přezkouší hovorové kanály LTG(A) OMT CCG

107 Telekomunikační a informační systémy 107 SLCA(A) pomocí testovacího tónu z TOG(A), který je přijímán v CR(A). V příznivém případě jsou hovorové kanály propojeny a z TOG(A) je vysílán oznamovací tón. GP(A) hlásí do CP obsazení účastníka A. Volbu přijímá CR(A) a předá ji GP(A). Při detekci volby, GP(A) přeruší vysílání oznamovacího tónu. GP(A), po doplnění informací o původu volby, předá volbu do CP. CP zjistí ve své paměti, zda je volaný účastník B volný, v kladném případě určí DLU(B) i LTG(B) a provede propojení LTG(A) LTG(B) přes SN pomocí SGC. Po úspěšné zkoušce kvality přenosu (COC Cross Over Check) GP(A) zajistí propojení GS(A) SN a sdělí to GP(B). GP(B) přiřadí volnou časovou polohu a oznámí to SLMCP(B), který ji zaznamená v SLCA(B). GP(B) provede propojení a přezkoušení obou hovorových kanálů jako u účastníka A. V tomto okamžiku již jsou oba účastníci propojeni, ač o tom zatím účastník B neví. Spojení je realizováno přes 5 spojovacích polí. Přidělování kanálového intervalu v DLU tvoří koncentrační (A), resp. expanzní (B), spojovací pole. Dále je zde dvojice spojovacích polí GS, tvořených T-spínači a hlavním spojovacím polem SN, tvořeného T i S spínači (TST, TSSST). GP(B) zajistí pomocí DLUC(B) vysílání vyzváněcího signálu účastníkovi B ze SLCA(B). GP(B) propojí GS(B) a z TOG(B) je vysílán i kontrolní vyzváněcí tón k účastníkovi A. Přihlášení volaného je zaznamenáno v SLCA(B). SLMCP(B) předá tuto informaci do DLUC(B). DLUC(B) ukončí vyzvánění a předáním do GP(B) je odpojen i kontrolní vyzváněcí tón. GP(B) sděluje GP(A) přihlášení, které zahajuje tarifování. Údaje o poplatku jsou po skončení hovoru předány CP, ve kterém je také zaznamenáno uvolnění účastnických přípojek. 8.2 Ústředna Alcatel 1000 systém S12 Systémem Siemens EWSD byla osazena jižní část republiky a velká města, tj. část Prahy a Brno, zatímco severní část republiky systémem Alcatel 1000 S12. Ústředna S12 byla poprvé instalována v roce 1981 v Belgii. Spojovací pole systému S12 používá výhradně T-články. Umožňuje připojit až okruhů bez koncentrace. Je možno realizovat od velmi ISDN POTS Modul analogových účastníků Modul účastníků ISDN Modul vzdálené účastnické jednotky vzdálení RIM TCE POTS Modul vzdálené účastnické jed. ISDN vzdálení ISDN IRIM TCE Modul obsluhy a údržby Obsluha Spojovatelky ISM MPM ASM Modul spojovatelek OIM TCE TCE TCE TCE Pomocná řídicí jednotka ACE DSN Digitální spojovací pole Modul analogového přenašeče ACE ACE Analogové TCE ATM trunky Modul digitálního přenášeče ACE ACE TCE DTM Modul ISDN PRI přenašeče Modul služeb Modul signalizace SS7 ACE ACE TCE CCM Modul hodinových impulsů a tónů TCE ACE Obr. 106: Blokové schéma ústředny Alcatel 1000 S12. ACE TCE TCE ACE CTM ACE ACE ITM SCM ACE E1 ISDN malých ústředen Pp přes středně velké Pp až po velké o účastnících. Celý systém je distribuovaný, včetně řízení, kdy vzájemně komunikuje více autonomních uzlů. Blokové schéma ústředny uvádí Obr. 106 [ 14 ], [ 17 ], [ 31 ], [ 35 ].

108 108 FEKT Vysokého učení technického v Brně Ústředna má dvou článkovou strukturu modul DSN. Každý blok v ústředně, připojený ke spojovacímu poli DSN, obsahuje řídicí jednotku terminálu TCE (Terminal Control Element) a vlastní ústřednový (terminálový) modul TC (Terminal Circuit), např. ASM, ISM RIM, MPM. Výjimkou je pouze pomocný řídicí modul ACE, který v sobě obsahuj pouze modul TCE. Každý modul TCE obsahuje rozhraní modulu TI, mikroprocesor a paměť. Na digitální spojovací pole DSN jsou připojeny terminálové moduly přes specifické rozhraní dvojicí vedení s přenosovou rychlostí 4 Mb/s s 16-ti bitovými slovy, tj. s 32 časově tříděnými kanály, každý o přenosové rychlosti 128 kb/s. Spojovací pole DSN (Digital Switching Network) je složeno z digitálních spínacích jednotek DSE. Jejich základem je obousměrný časový spínač T, zajišťující spínání 30 časových kanálů. Mimoto umožňuje příjem volby, dohlížení na spojení, spínat a rozpínat mezi-procesorové zprávy, hovorové spojení a signalizaci mezi moduly. Vstupním článkem spojovacího pole jsou přístupové články složené s přístupových spínačů AS (Access Switch) s koncentrací 3:1. Přístupové spínače jsou pro-multiplikovány na skupinový spínač GS (Group Switch), který může mít 2 až 4 roviny, viz Obr xxm xxm TCE TCE AS AS Obr. 107: Struktura spojovacího pole ústředny Alcatel 1000 S12. GS rovina 0 GS rovina 1 GS rovina 2 GS rovina 3 Skupinový spínač GS může být až pěti-článkový a podle velikosti provozu rozdělen do dvou až čtyř paralelních rovin. Spínací jednotky jsou T spínače a poskytují plnou dostupnost mezi všemi kanály v jednom směru. Řízení spojovacího pole je distribuované a výstavbu spojení bychom mohli přirovnat k systému P51, s tím rozdílem, že volba nepřichází z koncového zařízení, ale z příslušného řídicího modulu. ASM (Analog Subscriber Module) Modul analogových účastníků zajišťuje účastnické rozhraní pro 128 analogových účastnických vedení. RIM (Remote Subscriber unite Interface Module) Modul připojení vzdálené účastnické jednotky zajišťuje rozhraní 2Mb/s pro vzdálenou účastnickou jednotku RSU, k níž lze připojit až 488 analogových účastníků. ISM (ISDN Subscriber Module) Modul účastníků ISDN umožňuje připojit až 64 základních přípojek ISDN 2B + D. IRIM (ISDN Remote subscriber unite Interface Module) Modulu připojení vzdálené účastnické jednotky ISDN umožňuje připojit až 256 účastníků ISDN. ATM (Analog Trunk Module) Modul analogových přenašečů slouží k připojení až 36 analogových vedení. Existují varianty 2 i 4-drátové, obousměrné i jednosměrné. DTM (Digital Trunk Module) Modul digitálních přenášečů umožňuje připojit jeden primární multiplex. Terminály těchto přenášečů umožňují zpracovávat různé druhy signalizací. Modul je HW totožný s modulem RIM. ITM (ISDN Trunk Module) Modul E1 ISDN PRI 30B+D přenašeče, pro připojení velkých ústředen a počítačových sítí.

109 Telekomunikační a informační systémy 109 ACE (Auxiliary Control Element) Funkce pomocných řídicích jednotek můžeme rozdělit na ACE-CC (ACE Call Control), které zajišťují koordinaci a dohled nad spojováním (asi jedna ACE-CC jednotka na 8 TCE), a jednotky ACE-S (System ACE), které zajišťují systémové funkce, administrativní a doplňkové úlohy, jako např. analýza a převod volených čísel, přidělování přijímačů multifrekvenční volby, vyhodnocení tarifikace apod. Jednotek ACE-S je v ústředně méně. CCM (Common Channel Module) Modul signalizace po společném kanále přijímá a vysílá signalizaci SS7 po společném kanále mezi digitálními ústřednami, vyhodnocuje tyto údaje a detekuje bitové chyby vlastní ústředny. CCM obsahuje 7 kanálů, pomocí nichž a modulu DTM se například může spojit s jinou ústřednou signalizačním systémem SS7. CTM (Clock and Tone Module) Modul generuje časové impulsy pro jednotlivé moduly v ústředně, generuje digitální tóny a hlášení. Modul je zálohován. SCM (Service Circuit Module) Modul sdružuje přijímače a vysílače multifrekvenční registrové signalizace R2, přijímače tónové volby a zařízení pro uskutečnění konference. MPM (Maintenance and Peripheral Module) Modul obsluhy a údržby zajišťuje některé administrativní a údržbové funkce (monitorování poruch, analýza poruchových hlášení, aktivace údržbových měření). Zajišťuje přístup k velkokapacitním pamětem se záložními daty, k perifériím pro obsluhu a údržbu, tiskárně apod. MPM má k dispozici programy všech řídicích jednotek a v případě poruch zajišťuje v rámci restartu jejich zavedení. MPM shromažďuje údaje o tarifních poplatcích pro účastníky. V ústředně jsou dva moduly MPM. OIM (Operator Interface Module) Modul pro připojení pracovišť spojovatelek obsahuje rozhraní pro speciální signalizaci pracovišť spojovatelek. Jeden modul umožňuje připojit až 15 pracovišť spojovatelek. Princip spojování hovorů mezi volajícím A a volaným B: ASM(A) zjistí změnu stavu účastníka A, vyzvedl sluchátko, a předá tuto informaci spolu s identifikací volajícího ACE-CC(A), který zjistí kategorii účastníka a potvrdí převzetí řízení. ACE-CC(A) požádá ACE-S o přidělení přijímače frekvenční volby (PFV) a současně předá kategorii volajícího. ACE-S vyhledá volný PFV a požádá o jeho připojení k ASM(A). SCM se připojí k ASM(A) a je vysílán oznamovací tón. SCM přijme volbu účastníka A. SCM předá volbu ACE-CC(A). ACC-CC (A) požádá o analýzu volby ACE-S, který zjistí, že se jedná o místního účastníka a spojení je možné. ACE-S informaci vrací ACE-CC(A). ACE-CC(A) vyzve ASM(A) k sestavení cesty k ASM(B). ASM(A) sestavuje simplexní cestu k ASM(B). ASM(B) sestavuje simplexní cestu k ASM(A). ASMB kontaktuje přidruženou jednotku ACE-CC(B), předává informace o A a začíná vyzvánět účastníka B. Účastník B je vyzváněn. V obou ACE-CC zaznamenáno obsazení účastníků A a B. ACE-CC(A) požádá SCM o odpojení přijímače volby. SCM informuje ASM(A) o odpojení, ten ho potvrzuje. SCM hlásí ACE-S i ACE-CC(A), že přijímač volby je volný. Přihlášení volaného po hovorové cestě mezi ASM(B) a ASM(A). O přihlášení volaného B informuje ASM(B) svůj ACE-CC(B), ten informuje ACE-CC(A) volajícího. Po zavěšení volajícím A proběhne: ASM(A) informuje ACE-CC(A) o zavěšení volajícího, který přijetí potvrzuje. ASM(A) informuje o zrušení spojení ASM(B). ASM(B) předává tuto informaci svému ACE-CC(B). ACE-CC(B) účastníka B potvrzuje ukončení spojení ACE-CC(A) účastníka A. ACE-CC(A) dává povel do ACE-CC(B) k uvolnění účastníka B. ACE-CC(B) dává povel ASM(B) k uvolnění účastníka. ACE-CC(B) dává povel ACE-CC(A) k uvolnění účastníka A. ACE-CC(A) dává povel ASM(A) k uvolnění účastníka A. ASM(A) dává povel ASM(B) k zrušení zpětné cesty.

110 110 FEKT Vysokého učení technického v Brně 8.3 Číslovací plán Metodiku vytváření číslovacího plánu specifikuje doporučení ITU-T E.164, viz Obr. 108, kde CC (Country code) je kód země, NDC (National destination code) je národní směrové číslo a SN (Subscriber Number) je účastnické číslo [ 4 ], [ 35 ]. CC NDC SN n = 1 3 čísla Maximálně 15 n čísel Maximálně 15 čísel Obr. 108: Struktura mezinárodního čísla dle ITU-T E.164. Tuto normu u nás zpřesňuje Vyhláška o číslovacích plánech sítí a služeb elektronických komunikací 117/2007 Sb. a její další změny, viz Obr. 109, kde TC je kód číslovací oblasti (1 2 čísla), DNe je přístupový kód sítě (2 5) a SAC je přístupový kód ke službě (2 3 čísla). 420 TC/DNe/SAC Doplňkové číslice 3 č. 9 n čísel 12 čísel (standardní počet čísel) 1 5 č. Obr. 109: Struktura čísla dle vyhlášky 117/2007 Sb. Obecně dle způsobu vytváření čísel rozlišujeme: Zjevný číslovací plán dle prefixu lze zjevně určit směrování na jinou ústřednu či síť, samostatné bloky čísel. Skrytý číslovací plán číselné řady ústředen mapovány do jednoho rozsahu, síť se jeví jako pobočky jedné velké ústředny. Otevřený číslovací plán v síti se využívá různé délka čísel. Uzavřený (pevný) číslovací plán v síti se používají čísla stejných délek. V ČR se používá od , od tzv. noci dlouhých čísel, pevný číslovací plán s výjimkou číselné řady začínající na číslici jedna. Využití čísel DNe/SAC je následující: Kód 10: Kódy volby a předvolby operátora. Kódy jsou tzv. Zkrácená telefonní čísla pro přístup ke službám. Kód 11: 112 Jednotné evropské číslo tísňového volání, Informace o národním a mezinárodním telekomunikačním provozu, Informace o národních a mezinárodních telefonních účastnících. Kód 12: Služby pro zdravotně postižené, sociální, zdravotní a havarijní služby Rezerva. Kód 13: Přístup na zkušební a testovací zařízení (neveřejná čísla) Ohlašovna poruch veřejné dostupné telefonní služby. Kód 14: Služby pro zdravotně postižené, sociální a zdravotní služby, havarijní služby, asistenční a bezpečnostní služby, Přesný čas. Kód 15: 150 Hasičský záchranný sbor, 152 Ministerstvo vnitra Generální ředitelství Hasičského záchranného sboru, 155 Zdravotní záchranná služba, 156 Obecní policie, 158 Policie ČR.

111 Telekomunikační a informační systémy 111 Kód 16: Směrování globálních služeb. Kódy 17 a 18: Rezerva, Aktivace doplňkových služeb ústředny. Kód 19: 199 Protikorupční linka, 19XX Deaktivace doplňkových služeb ústředny. TC kód číslovacích oblastí (Geografická čísla): 2 Praha, 31, 32 Středočeský kraj, 35 Karlovarský kraj, 37 Plzeňský kraj, 38, 39 Jihočeský kraj, 41, 47 Ústecký kraj, 46 Pardubický kraj, 48 Liberecký kraj, 51, 53, 54 Jihomoravský kraj, 55, 59 Moravskoslezský kraj, 56 Kraj Vysočina, 57 Zlínský kraj a 58 Olomoucký kraj. Přístupové kódy k síti elektronických komunikací: 600 Veřejná síť selektivního návěští (paging), , 72, 73, 77, 78, 79 Mobilní operátoři, 700 Veřejná síť univerzálních osobních telekomunikací (UPT), 910 Veřejné komunikační sítě pro přenos hlasu prostřednictvím IP protokolu, 971, 976 Přístup k síti internet prostřednictvím poskytovatele přístupu ke službě. Přístupové kódy ke službě elektronických komunikací: 800 Přístup ke službám na účet volaného, 81, 83, Přístup ke službám se sdílenými náklady, Přístup ke službám virtuálních volacích karet, , Přístup ke službám univerzálního přístupového čísla, 900 Přístup ke službám s vyjádřenou cenou, hlasové služby, obchodní, 906 Přístup ke službám s vyjádřenou cenou, soutěže, hry, seznamky, atd, 908 Přístup ke službám s vyjádřenou cenou, s jednorázovou cenou, 909 Přístup ke službám s vyjádřenou cenou, služby pro dospělé. Směrovací kódy: 701 Přístup k veřejné síti univerzálních osobních telekomunikací, 970 Přístup k veřejné komunikační síti pro přenos hlasu IP protokolem, 977 Přístup k veřejným datovým sítím a interaktivním službám s výjimkou internetu, 978, 93, 96 Celostátní záznamníkové služby. Přístupové kódy k neveřejným telefonním sítím: , Přístup k neveřejným telefonním sítím, 980, 983 Přístup k virtuální neveřejné telefonní síti (VPN). 8.4 Směrování tísňových hovorů Volání na příslušnou tísňovou službu, tj. čísla 112, 150, 155, 156, 158, využívá směrování pomocí NIRA (Network Independent Routing Address). Směrování zajištěno pomocí síťového směrovacího čísla (NRN), které je operátorem přidáno před číslo služby dle polohy volajícího. Směrování je ve tvaru NRN + číslo služby: Exxxxyyy, kde Exxxx je NRN dle směrovacích tabulek a yyy je číslo tísňové služby, tj. 150, 155, 158, atd. Směrovací tabulky, viz Tab. 13, definují přiřazení NRN příslušné tísňové služby dle tzv. ZUJ kódu (Základní Územní Jednotka). V mobilních sítích se přidává i přípona, specifikující zeměpisnou šířku/délku, index oblasti a další formáty: ExxxxyyyPssssdddd, ExxxxyyyPzzzz, atd. Tab. 13: Směrovací tabulky přiřazení NRN dle ZUJ kódu. ZUJ obec Olomouc E2463 E2438 E2439 E2439 E

112 112 FEKT Vysokého učení technického v Brně 8.5 Směrování mezinárodních hovorů a hovorů mezi operátory Předčíslí 00 nebo zástupný znak + se v síti nepřenáší. Informace zdali jde o mezinárodní číslo je dáno nastavením Identifikátoru sítě (NI), kapitola 5.7. Obr. 110 uvádí nastavení NI dle cílové sítě v dříve uvedené vyhlášce. Národní sítě SS7 jiných zemí Mezinárodní síť SS7 NI INAT0 Síť SS7 operátora v pevné sítě NI NAT0 Přechodová síť SS7 NI - NAT1 Národní signalizační síť SS7 Síť SS7 mobilního operátora NI NAT0 Síť SS7 operátora bez přímého mezinárodního spojení NI NAT0 Obr. 110: Struktura signalizační sítě SS7 dle vyhlášky 117/2007 Sb. Stejně tak v ISDN síti se přenáší položky Type of Number (TON) a Numbering Plan (NPI). TON uvádí cílovou destinaci, a to: unknown, national, international, net specific, subscriber, abbreviated, reserved. NPI definuje číslovací plán: unknown, E.163/E.164, X.121, F69, national, private. Pokud nedefinujeme TON / NPI, tj. nastavíme na unknown, ponecháváme vyhodnocení směrování do národní či mezinárodní sítě na nadřazené ústředně. Číslo je pak volené včetně počátečních nul. Operátory můžeme rozdělit na: Univerzální, mezi nimiž nalezneme Dominantního operátora (ILEC Incumbent Local Exchange Carrier), Tranzitní, Mobilní, CAP (Competitive Access Providers) přístupový, CLEC (Competitive Local Exchange Carrier) místní a VoIP. Přehled operátorů, jim přidělené počty a rozsahy čísel a celou řadu dalších zajímavých informací lze nalézt na stránce Přenositelnost čísel Každý operátor má, dle své velikosti, pronajat od ČTU určitý blok čísel, která označujeme jako vlastněná či vlastní čísla, z něhož je možno přenést číslo k jinému operátoru. Přenositelnost čísel je zajišťováno společností CNPAC s.r.o. (Czech Number Portability Administrative Center), která byla založena v roce 2002 sdružením APVTS (Asociace Provozovatelů Veřejných Telekomunikačních Sítí). Základním posláním CNPAC je zajištění provozu celonárodní referenční databáze pro přenositelnost čísla RNPDB-F operátorům pevných sítí. Od roku 2006 byla společnost CNPAC pověřena správou národní referenční databáze pro mobilní operátory RNPDB-M. Krom přenesených čísel existují i čísla propůjčena. Ta spadají do čísel vlastněných daným operátorem, který je propůjčuje operátoru, který není schopen realizovat službu přenesení čísla, např. VoIP operátoři (802, FAYN, atd.).

113 Telekomunikační a informační systémy Služby PBX Úvod ke službám pobočkových ústředen již byl obsahem 2 kapitoly. V této kapitole budou služby PBX probrány podrobněji a demonstrovány na jejich implementaci v PBX Asterisk [ 9 ], [ 18 ], [ 19 ], [ 34 ], [ 35 ]. 9.1 Omezení oprávnění Oprávnění souvisí se zpoplatněním hovorů na vnější linky. V pobočkových ústřednách lze definovat každé pobočce zvlášť, častěji se však využívá přidružení pobočky ke skupině s definovanými právy přístupu k vnějším linkám nebo omezení práva dle cílového místa (hovory městské, meziměstské, na mobilní operátory). Základní rozdělení může být na neoprávněné, tj. povolen je pouze vnitřní provoz, polooprávněné, tj. povolen je pouze vnější příchozí provoz a oprávněné. V pobočkových ústřednách se využívá většinou toto rozdělení kategorií oprávnění: 0 interní (volba 0 není povolena), 1 jen město, 2 česká republika bez mobilních sítí, 3 česká republika s mobilními sítěmi, 4 celý svět. Oprávnění (kategorie) 1 však již dnes v souvislosti se zrušením UTO (uzlové telefonní obvody) ztratilo smysl. Oprávnění lze definovat i časově nebo lze blokovat oprávnění (přepnutí oprávnění) pomocí PIN kódu (kódový zámek) pro případ zneužití. Pro nastavení oprávnění v tradičních ústřednách zpravidla nalezneme parametr COS (Class of Service), public network category a podobně. V PBX Asterisk definujeme oprávnění přidružením ke kontextu. Každý kontext má ve směrovacím plánu odlišná pravidla odpovídající kategorii oprávnění. Při vytváření směrovacího plánu lze s výhodou využít funkci include: /etc/asterisk/extensions.conf... [4_cely_svet] include => 3_mobilni_site exten =>._00,1,Dial... ; volání do zahraničí... [3_mobilni_site] include => 2_CR_bez_mobilnich_siti exten => _060[1-8]XXXXXX,Dial... exten => _07[237-9]XXXXXXX,Dial. ; volání do sítí mobilních operátorů... [2_CR_bez_mobilnich_siti] include => 0_interni 9.2 Služby souvisící se směrováním hovoru Přesun vyzvánění na jinou pobočku PBX v případě, že volaný účastník nevyzvedne. V PBX Asterisk můžeme nakonfigurovat tuto službu v souboru extensions.conf.

114 114 FEKT Vysokého učení technického v Brně Noční zapojení umožňuje v definovaných časech přesměrovat všechny příchozí hovory na pobočku, kde lze očekávat, že bude hovor přijat, např. vrátnice, hlasová schránka, přepojení na externí pobočku. V PBX lze zpravidla definovat více časových úseků během dne, např. dopoledne, čas oběda, odpoledne, noc, kdy se PBX může chovat specifikovaným způsobem. Časové nastavení směrování v PBX Asterisk lze dosáhnout pomocí časově omezeného zahrnutí kontextu a definicí patřičných kontextů pro dané časové úseky, popřípadě pomocí časově podmíněných skoků. Použití demonstruje níže uvedený příklad. /etc/asterisk/extensions.conf... [prichozi] ; Časově omezený include: include => kontext čas dny_v_tydnu dny_v_měsíci měsíce ; 1 31 jan-jun atd. include => pracovni_doba 06:00-18:00 mon-fri * * include => noc 18:00-23:59 * * * include => noc 00:00-05:59 * * * include => vikend * sat-sun * * * [pracovni_doba] ; kontext pro pracovní dobu... [noc] ; kontext pro noc... [vikend] ; kontext pro víkend... ; Časově podmíněné skoky: ; GotoIfTime(čas dny_v_tydnu dny_v_měsíci měsíce?[[kontext ]extension ]priorita) exten => s,1,gotoifiime(12:00-13:00 mon-fri * *?noc,s,1) Individuální zkrácená volba umožňuje uložením často volených čísel do paměti jednoduchou manipulací zajistit vysílání celého čísla. Speciálním případem je dětská volba, umožňující malý dětem v případě potřeby jednoduše zavolat např. rodičům. Individuální zkrácené volby lze definovat přímo v telefonním přístroji. Společná zkrácená volba je k dispozici pro skupinu poboček. Je výhodná v případech, kdy více poboček volí často stejná čísla. V některých PBX je označována jako virtuální číslo. Funkce zkrácené volby dnes nabízí i každá VoIP brána. Pomocí ní lze i namapovat dostupnost míst mimo číslovací plán nebo alternativní, nezpoplatněné cesty směrování hovorů. V PBX Asterisk lze definovat zkrácenou volbu např. v samostatném kontextu, který je opět funkcí include zahrnut do interního kontextu určité skupiny klapek. Pokud chceme umožnit uživatelům PBX přidávat vlastní či společné zkrácené volby, můžeme využít interní databázi PBX Asterisk, podobně jak bude prezentováno v příkladu přesměrování hovoru. Tranzitní provolba Má-li PBX více vnějších rozhraní, může být v určitých případech finančně výhodné využívat PBX jako tranzitní ústřednu. V PBX jsou pak navolena předčíslí, která směrují vnější volbu na jiné rozhraní. Přesměrování volání umožňuje přesměrovat hovor na jinou pobočku nebo vnější linku. K tomu může dojít, pokud volající po několika zvoněních nevyzvedne nebo v případě obsazeného účastníka nebo i okamžitě, tzv. absolutní přesměrování. V dnešní době jde často přesměrování na mobilní linku prostřednictvím integrované GSM brány. Přesměrování lze realizovat na úrovni ústředny nebo koncového zařízení, což je běžné pro VoIP koncová zařízení. Přesměrování na úrovni ústředny však zajistí funkčnost i při nefunkčním či odpojeném koncovém zařízení. Přesměrování na úrovni telefonu nemusí být podporována výrobci tradičních PBX. Přesměrování můžeme v PBX Asterisk realizovat s využitím interní databáze.

115 Telekomunikační a informační systémy 115 PBX Asterisk obsahuje jednoduchou databázi pro interní použití. Do verze PBX Asterisk 1.8 jí byla Berkeley DB a od verze 10 databáze SQLite 3. Její obslužné příkazy jsou však implementovány stejně. Do této databáze jsou ukládány například registrační údaje: CLI> database show /SIP/Registry/800 : :5060:3600:800:sip:800@ :5060 /SIP/Registry/801 : :5060:3600:801:sip:801@ :5060 To umožňuje okamžitou funkčnost, dostupnost, VoIP poboček po restartu aplikace PBX Asterisk, čímž se PBX Asterisk liší od některých konkurentů. Tuto skutečnost je vhodné znát a uvědomit si ji při řešení problémů. Databázi však lze využít i pro implementaci dalších funkcí, např. pobočkou definované přesměrování, zkrácená volba a další. Struktura databáze PBX Asterisk je [ 9 ]: FAMILY KEY1 = VALUE KEY2 = VALUE Obsluha databáze z konzole CLI: Výpis obsahu: database show [<family> [[<key>]] CLI> database show SIP/Registry /SIP/Registry/800 : :5060:3600:800:sip:800@ :5060 /SIP/Registry/801 : :5060:3600:801:sip:801@ :5060 CLI> database show SIP/Registry 800 /SIP/Registry/800 : :5060:3600:800:sip:800@ :5060 CLI> database showkey 800 /SIP/Registry/800 : :5060:3600:800:sip:800@ :5060 Zápis do databáze: database put <family> <key> <value> CLI> database put rodina klic 20 Updated database successfully Čtení z databáze: database get <family> <key> CLI> database get rodina klic Value: 20 Vymazání klíče: database del <family> <key> CLI> database del rodina klic Database entry removed. Vymazání rodiny se všemi klíči: CLI> database deltree rodina Database entry removed. database deltree <family> Obsluha databáze ve směrovacím planu extensions.conf: /etc/asterisk/extensions.conf... ; Zápis: DB(<family>/<key>) = variable exten => _12X,1,Set(DB(rodina/klic)=20) ; Čtení: variable = ${DB(<family>/<key>)} exten => _12X,2,Set(hodnota=${DB(rodina/klic)}) ; Test: ${DB_EXISTS(<family>/<key>)} exten => _12XX,3,gotoif(${DB_EXISTS(rodina/klic})}?10:11) ; Mazání položky: DBdel(<family>/<key>) exten => _12XX,4,DBdel(rodina/klic) ; Mazání stromu: DBdeltree(<family>) exten => _12XX,5,DBdeltree(rodina)

116 116 FEKT Vysokého učení technického v Brně Níže je uveden příklad využití databáze PBX Asterisk umožňující přesměrování hovoru. Pobočka si může přesměrovat volání zavoláním na *21*číslo_kam_se_přesměruje, čímž do family Presmerovane, klíč číslo_pobočky zapíše telefonní číslo přesměrování. Zrušit přesměrování lze zavoláním na číslo *21*. Pro volání je využito makro-volani, které zjisti existenci položky přesměrování. Pokud položka existuje, je voláno na pobočku uvedenou v databázi, jinak je volána pobočka přímo [ 9 ]. /etc/asterisk/extensions.conf... exten => _*21*XXX,1,Set(DB(Presmerovane/${CALLERID(num)})=${EXTEN:4}) exten => _*21*XXX,2,Hangup exten => *21*,1,DBdel(Presmerovane/${CALLERID(num)}) exten => *21*,2,Hangup... exten => _XXX,1,Macro(volani) [macro-volani] exten => s,1,gotoif(${db_exists(presmerovane/${macro_exten})}?2:3) exten => s,2,set(macro_exten=${db(presmerovane/${macro_exten)}) exten => s,3,dial(sip/${macro_exten}) exten => s,4,macroexit Čísla služeb ústředny jsou tvořena zpravidla kombinací číslic a specifických znaků *, #. Takto jsou dostupná i z analogových telefonů. Rovněž lze realizovat i vlastní mapování dalších aplikací nebo dokonce dynamické mapování ve směrovacím plánu. Telefony umožňují mapovat čísla služeb na své funkční klávesy. Výhodou systémových telefonů výrobce ústředny je krom centralizované konfigurace i přídavná signalizace pomocí LED. V PBX Asterisk se konfigurují v souboru features.conf, v sekci [featuremap]: /etc/asterisk/features.conf... [featuremap] blindxfer => #1 ; Blind transfer (default is #) disconnect => *0 ; Disconnect (default is *) automon => *1 atxfer => *2 ; Attended transfer parkcall => #72 automixmon => *3 V pobočkových ústřednách je nutno spolehlivě zajistit dostupnost čísel tísňových linek 112, 150, 155, 156, 158. V PBX tradičních výrobců je pro tato čísla specifická podpora. Čísla jsou definována ve zvláštní tabulce a nepodléhají oprávněním. Jsou specifikovány odchozí svazky, kam mohou být směrována. PBX také často umožňují při volání těchto čísel uvolnit již obsazený vnější svazek pro uskutečnění tísňového volání. V případě Open Source PBX, kde tato podpora často není, je nutno na správnou konfiguraci dát zvláště pozor. 9.3 Služby PBX v průběhu hovoru V dalším popisu služeb budeme rozlišovat dva termíny, a to volání a hovor. Volání je stav kdy je pobočka vyzváněna, po vyzvednutí nastává hovor. Přidržení hovoru umožňuje probíhající hovor volajícím nebo volaným na ústředně dočasně přidržet zaparkovat. Následně navázat spojení s jinou pobočkou, např. za účelem

117 Telekomunikační a informační systémy 117 získání doplňujících informací, a po té se znovu vrátit k původnímu spojení. Rozlišujeme výlučné a obecné přidržení. Výlučné přidržení spojení (Individual parking, Zpětný dotaz) umožňuje spojení dočasně přidržet. Vyzvednout jej může pouze ten, kdo jej přidržel. Obecné přidržení spojení (Common parking) umožňuje spojení dočasně přidržet, ale vyzvednout jej může kterákoli oprávněná pobočka. Obecné přidržení tak lze využít k předávání hovoru. Přidržené hovory jsou často signalizovány na systémových telefonech pomocí LED diod nebo mohou být ostatní telefony prozváněny. Bez systémových telefonů s dodatečnou signalizací je tato funkce problematická. Obecné přidržení lze realizovat i v PBX Asterisk. Jak bylo uvedeno, služby se v PBX Asterisk konfigurují v souboru features.conf. Jsou zde definovány klapky, kde může být hovor přidržen, kontext těchto klapek a číslo, kde je dostupná služba pro přidržení. Číslo však nelze volit během hovoru, proto je dostupné číslem služby #72, kterou lze volit během hovoru [ 9 ]. /etc/asterisk/features.conf [general] parkext => 100 ; Vytočením této klapky je hovor přidržen a je nám sděleno číslo parkpos => ; Rozsah klapek, kde může být hovor přidržen zaparkován. context => parkedcalls ; kontext [featuremap] parkcall => #72 ; kód obecného přidržení, vytáčí klapku parkext parkingtime => 45 ; Čas po kterém je ten, kdo přidržel hovor vyzváněn k vyzvednutí. Ve směrovacím plánu je definován kontext zaparkovaných klapek, jehož směrovací položky se dynamicky vytváří při obecném přidržení. Rovněž je zde směrovací pravidlo pro dostupnost klapek v obecném přidržení. /etc/asterisk/extensions.conf [general] include => parkedcalls exten =>_10X,1,GoTo(parkedcalls,${EXTEN},1) ;skok do kontextu přidržené klapky exten => _8XX,1,Dial(SIP/${EXTEN},20,kK) ;k/k volaný/volající může přidrž. hovor... [parkedcalls] ; kontext přidržených klapek exten => i,1,playack(pbx-invalidpark) ; ošetření pro v tomto okamžiku nepoužité klapky exten => i,2,hangup Vysvětlení funkce: Během hovoru po volbě #72 je hovor přidržen. PBX Asterisk sdělí číslo 101 až 109, kde je hovor přidržen a volanému je přehrávána hudba. Můžeme realizovat další hovor. Poté po vytočení příslušného čísla ( ) opět hovor vyzvedneme. Přidržení musí být povoleno přímo v příkazu volání Dial parametry k/k: k volaný může přidržet hovor, K volající může přidržet hovor. Nevýhodou v porovnání se systémovými telefony tradičních výrobců je, že přidržení není signalizována na telefonu a je nutno si rovněž zapamatovat sdělené číslo. Nicméně po uplynutí času parkingtime jsem alespoň vyzvonění zaparkovaným hovorem. V CLI PBX Asterisk lze získat informace o klapkách v obecném přidržení příkazem parkedcall show: CLI> parkedcalls show Num Channel (Context Extension Pri) Timeout *** Parking lot: default (1) 101 SIP/ adac (kontext1 1) 37s 1 parked call in parking lot default parked call in total.

118 118 FEKT Vysokého učení technického v Brně Převzetí hovoru je vyzvednutí hovoru v obecném přidržení jinou pobočkou. Například v předchozím příkladě vytočení čísla 101 jinou pobočkou. Pro optimální využití vyžaduje speciální telefony, kde je signalizován přidržený hovor. Přepojení hovoru (Call Transfer, Blind Transfer) umožňuje v průběhu hovoru předat jej jiné pobočce. Stávající hovor je automaticky ukončen a pobočka, kam je hovor předán, začne být vyzváněna. V PBX Asterisk lze definovat kód přepojení v souboru features.conf: /etc/asterisk/features.conf... [featuremap] blindxfer => #1 ; kód přepojení transferdigittimeout => 3 ; čas v sekundách mezi volenými čísly extensions.conf... exten => _82X,1,Dial(SIP/${EXTEN},20,tT) Vysvětlení funkce: Během hovoru lze stiskem #1 a následným zadáním čísla pobočky hovor přepojit. Doba volby je limitována časovačem transferdigittimeout. Přepojení musí být povoleno přímo v příkazu volání Dial parametry t/t: t volaný může přepojit hovor, T volající může přepojit hovor. Vrácené volání není-li přepojený hovor přijat, vrací se zpravidla zpět tomu, kdo jej přepojil. Může k tomu dojít při nedostupnosti pobočky, odmítnutí pobočkou čí po vypršení času volání. Předání hovoru (Attendant Transfer) v průběhu hovoru je nejprve hovor přidržen. Při přidržení protistraně začne být přehrávána hudba MOH (Music on Hold). Následně je navázán nový hovor. Po sdělení informací je po zavěšení hovor předán. Například v PBX Asterisk během hovoru stisknutím *2 hovor přidržíme a obdržíme nový oznamovací tón. Zvolíme číslo pobočky a vyčkáme vyzvednutí. Pobočce můžeme sdělit informace o příchozím hovoru. Po našem zavěšení je hovor předán. Opakování volby již dnes umožňuje každý telefonní přístroj a nemusí tedy být tato služba řešena na úrovni ústředny. Střídání mezi spojeními umožňuje okamžitý přístup k více pobočkám s rychlým střídáním spojení mezi nimi. Například u analogového telefonu lze přidržet hovor tlačítkem Flash a přepínat jím mezi hovory. Podobně VoIP klienti mají zpravidla k dispozici dvě či více linek mezi kterými lze přepínat. callgroup = 3 pickupgroupe = 1,2,3 callgroup = 1 pickupgroupe = 1 spojovatelka callgroup = 2 pickupgroupe = 2 Obr. 111: Převzetí volání v PBX Asterisk.

119 Telekomunikační a informační systémy 119 Převzetí volání umožňuje, aby při vyzvánění pobočky hovor vyzvedla jiná oprávněná pobočka. Opět vyžaduje speciální telefonní přístroj, kde je vyzvánění poboček signalizováno. Převzetí volání v PBX Asterisk je možno realizovat pomocí definice callgroup a pickupgroupe v individuálních souborech kanálů sip.conf, iax.conf, viz Obr. 111 [ 9 ]. Uživatelé v rámci jedné skupiny callgroup si mohou vzájemně vyzvednout hovory zadáním *8. Bohužel bez existence signalizace příchozích hovorů skupině, lze využít jen v rámci např. jedné místnosti, neboť ostatní nemají informaci, že je pobočka vyzváněna. Konferenční spojení označuje hovor tří a více poboček. Konferenční spojení v ústřednách bývá zpravidla implementováno podobně, jako předání hovoru. V poslední fázi však předávající zvolí specifický kód či stiskne tlačítko konference a namísto předání hovoru dojde k vytvoření konferenčního spojení. V PBX Asterisk je konferenční spojení realizováno pomocí aplikace MeetMe nebo v nových verzích i pomocí aplikace ConfBridge. Aplikace MeetMe vyžaduje oproti aplikaci ConfBridge hardwarový zdroj časování, tedy instalaci ovladače DAHDI a podporuje pouze kodeky se vzorovacím kmitočtem 8 khz. Není-li instalována žádná HW karta Digium, musí být alespoň nainstalován ovladač dahdi_dummy: CLI> dahdi show status Description Alarms IRQ bpviol CRC Fra Codi Options LBO DAHDI_DUMMY/1 (source: HRtimer) 1 UNCONFI CAS Unk Jedná se o systém předem definovaných konferenčních místností s definovaným přístupovými hesly a právy. Ukázka konfigurace aplikace MeetMe: /etc/asterisk/meetme.conf [room] conf => 1,1234,7890 ; číslo místnosti, nepovinné položky přístupový PIN a PIN admina extensions.conf... exten => 120,1,MeetMe(1,M) ; klapka pro přístup do místnosti číslo 1, M - je přehrávána ; hudba, pokud je pouze jedna osoba v místnosti. exten => 121,1,MeetMe(2,dM) ; d - dynamicky vytvořená konference. Služby přidržení (Hold), přepojení (Transfer) a třístranné konference (Three-Way Conference) lze realizovat přímo na úrovni koncového VoIP zařízení. Díky tomu, že individuální operace je realizována přímo na koncovém zařízení, ústředna nemá nad ní dohled, což může být nevýhodné. Některé PBX tradičních výrobců úmyslně realizace služeb na úrovni koncového zařízení blokují. Společný zvonek je alternativním řešením provolby. Současně je vyzváněna skupina poboček. Volání převezme první pobočka, která se přihlásila. V PBX Asterisk lze definovat více současně vyzváněných poboček ve směrovacím plánu v souboru extensions.conf: /etc/asterisk/extensions.conf... exten => 130,1,Dial(SIP/801&SIP/802&SIP/803,20)... ; pozor bez mezer u znaku & Zpětné volání (Call Back) umožní, aby při nedosažení volaného bylo automaticky uskutečněno spojení po odstranění této příčiny. Pokud je příčinou obsazení volaného, uskuteční se pokus o spojení po jeho uvolnění automaticky tím, že je nejdříve vyzváněn původní volající a po přihlášení volaná pobočka. Pokud je příčinou nepřihlášení volaného, je toto automatické spojení uskutečněno hned poté, co volaný realizoval první pokus o spojení. Zpětné volání v PBX Asterisk lze rovněž naprogramovat v směrovacím plánu v souboru extensions.conf.

120 120 FEKT Vysokého učení technického v Brně Službu hlasové schránky (Voice Mail) umožňuje každá novější PBX. Systémové telefony umožňují signalizovat zprávu ve hlasové schránce. Hlasové schránky v PBX Asterisk se konfigurují v souboru voic .conf: /etc/asterisk/voic .conf => 1234,Karel,karel@ .cz ; klapka => PIN, jméno, Služba hlasových schránek pracuje v PBX Asterisk velmi dobře s ohledem na integraci s em, kdy zanechaná zpráva je zaslána jako příloha u v předdefinovaném zvukovém formátu. Pro obsluhu hlasových schránek ve směrovacím plánu extensions.conf lze využít aplikace: Voic () uložení hlasové zprávy a Voic Main() vyzvednutí hlasové zprávy, správa. Ve směrovacím plánu můžeme definovat sled událostí při volání na klapku takto: /etc/asterisk/extensions.conf... exten => _8XX,1,Dial(SIP/${EXTEN},20) ; voláni na klapku XXX exten => _8XX,2,GotoIf($["${DIALSTATUS}"="NOANSWER" "${DIALSTATUS}"=" CHANUNAVAIL"]?3:5) ;neodpovídá-li nebo je obsazen skok na VM exten => _XXX,3,Voic (${EXTEN}@kontext1,u) ;uložení zprávy do VM exten => _XXX,4,GotoIf($["${VMSTATUS}"="FAILED"]?5:6) ; při nezdaru skok exten => _XXX,5,Goto(s-${DIALSTATUS},1) ; na hlášky (klapka neexistuje, atd.) exten => _XXX,6,Hangup() ; při úspěšném uložení VM zavěšení exten => s-noanswer,1,playback(sorry) ; pokud pobočka neodpovídá exten => s-noanswer,2,hangup()... ; Klapka 111 umožňující vyzvednutí zpráv a konfiguraci vlastní hlasové schránky: exten => _111,1,Voic Main(${CALLERID(num)}@kontext1) exten => _111,2,Hangup() Videohovory a videokonference Většina PBX již dnes umožňuje videohovory a podporuje videokonference s využitím externího MCU (Multipoint Control Unit) serveru. Videohovory jsou v PBX Asterisk podporovány. Pro zajištění videohovorů pomocí signalizace SIP je nutné nastavení kodeků v souboru sip.conf: /etc/asterisk/sip.conf [general] videosupport=yes allow=h261 allow=h263 allow=h263p allow=h264 Speciální služby jsou služby poskytované na zvláštní přání uživatele. Jedná se často o podporu přídavných zařízení. Tuto možnost mají běžně digitální pobočkové ústředny. Příkladem jsou: Hotelové, nemocniční systémy, propojení PBX se zabezpečovacími systémy, poplachové služby, ostraha objektů, dálkové ovládání zařízení, dohledové systémy, elektronický vrátný, dveřní systémy a další.

121 Telekomunikační a informační systémy Automatická distribuce příchozích hovorů Službu ACD (Automatic Call Distribution) nebo ICD (Incoming Call Distribution) nabízí některé pobočkové ústředny. S pomocí služby lze realizovat Call Centra. Obr. 112 uvádí princip automatické distribuce hovorů [ 9 ]. Příchozí hovory jsou řazeny do fronty. Počet hovorů čekajících ve frontě může být omezen maximálním počtem hovorů čekajících ve frontě, dobou čekání ve frontě či jiným pravidlem. Hovory překračující pravidlo jsou odmítnuty. Hovory jsou distribuovány mezi tzv. agenty. Metody distribuce hovorů mezi agenty mohou být: Zvoň všechny agenty, přiděl nejdéle volnému agentu, přiděl agentu s nejmenší počtem odbavených hovorů, náhodně vybraný agent, cyklický výběr agenta s pamětí, lineárně dle definovaného pořadí a další. Agenti mohou být staticky definováni, tj. staticky definovaná pobočka, nebo dynamicky, tj. stávají se agenty po přihlašování. hovor Příchozí hovory agent - obsazený - volný - nepřihlášený Hovory čekající ve frontě Odmítnuté hovory pobočka Probíhající hovory Hovor distribuovaný volnému agentu Odbavený hovor 1001 DAHDI/1 SIP/ Obr. 112: Automatická distribuce příchozích hovorů v PBX Asterisk. Automatická distribuce příchozích hovorů v PBX Asterisk se konfiguruje v souborech queues.conf, agents.conf a extensions.conf. V souboru queues.conf se nastavují parametry fronty, definují se její členové a agenti. /etc/asterisk/queues.conf [general] [fronta] maxlen = 3 ; Maximální počet hovorů ve frontě member => Agent/1001 ; Členové fronty a Agenti. member => DAHDI/1 member => SIP/333 member => Agent/1004 member => Agent/1005

122 122 FEKT Vysokého učení technického v Brně V souboru agents.conf se definují parametry agentů. /etc/asterisk/agents.conf [general]... [agents] ; Definice agenta číslo, heslo, jméno: agent => 1001,4321,Bob agent => 1002,4321,Alice... Statickým agentem může být jakákoli klapka typu SIP, IAX2, DAHDI, předdefinovaná parametrem member v příslušné frontě v souboru queues.conf, jak uvádí výše uvedená ukázková konfigurace. Dynamický agent se přihlašuje aplikací AgentLogin(). Ve směrovacím plánu extensions.conf je zapotřebí vytvořit klapku pro přihlašování agentů a definovat směrování příchozích hovorů na zvolenou frontu: /etc/asterisk/extensions.conf... [vnitrni]... ; Klapka 999 umožňující přihlášení agentů: exten => 999,1,AgentLogin() exten => 999,2,Hangup()... [prichozi]... ; Směrování příchozích hovorů do fronty: exten => s,1,answer exten => s,2,queue(fronta) exten => s,3,goto(s-${dialstatus},1) Frontu a agenty lze monitorovat v CLI příkazy: queues show <nazev fronty> a agents show. 9.5 Interaktivní hlasová odezva Interaktivní hlasová odezva IVR (Interactive Voice Response) nebo také Automated attendant (AA) je služba, pomocí níž lze částečně nahradit službu spojovatelky v PBX. Pomocí uložených hlasových záznamů, na něž reaguje volající tónovou volbou, lze zodpovědět očekávatelné dotazy, nasměrovat volajícího na nejvhodnější pobočku v PBX, umožnit uložit vzkaz do hlasové schránky, umožnit přístup k hlasové schránce nebo celou řadu dalších služeb, které přímo nemusí souviset s pobočkovou ústřednou. V PBX Asterisk ji lze vytvořit v souboru směrovacího plánu extensions.conf. Důležité pro její funkčnost je správné nastavení přenosu DTMF. Pro optimalizaci je vhodné všechny hlášky překódovat do kodeků využívaných v cílovém systému. Jelikož vytvoření IVR je náplní 4. laboratorní úlohy, podrobnější údaje ke konfiguraci jsou uvedeny v zadání této úlohy v [ 27 ].

123 Telekomunikační a informační systémy Spojovací pole V 8 kapitole byly probrány veřejné ústředny 4. generace. Hardwarové spojovací pole (SP) je výkonnou částí spojovacích zařízení 4. generace. V 5. generaci ústředen, pro kterou jsou typické SoftSwitche, je již spojovací pole realizováno softwarovou aplikací. Spojovací pole je místem, kde dochází k dočasnému propojování příchodů P (vstupů) s východy V (výstupy), viz Obr Realizují se v něm požadavky účastníka o směru a cíli spojení. Může být realizováno na několika principech oddělení jednotlivých okruhů i různými spínači. Důležitou roli sehrává i jeho struktura, která ovlivňuje kvalitativní i kvantitativní parametry celého spojovacího zařízení ve smyslu jeho chápání jako obsluhového systému [ 14 ]. příchody P p Spojovací pole (SP) SPÍNAČ (S) Spínací body (SB) v východy V p Řízení spínače v Značka Spínacího bodu Obr. 113: Spojovací pole a jeho části. Spínač (S) je prvek, tvořící konstrukční celek, umožňující propojení příchodů (p) s východy (v). Kromě spínacích bodů, jednoho či více, obsahuje také řídicí část (zejména paměť), která bezprostředně zajišťuje propojení příslušného příchodu s východem, a to ve spolupráci s řídicími jednotkami ústředny. Spínací bod (SB) je ovládaná část spínače (dříve kontakty), určená pro spojení jednoho příchodu (p) s jedním východem (v). Symbolická značka spínacího bodu, viz Obr. 113, kterou zavedla firma Ericsson, je velmi praktická, protože umožňuje znázornit spojovací pole s jakýmikoli spínači, jakékoliv velikosti a struktury, a tím umožnit jednoduché porovnání vlastností spojovacích polí. Tab. 14: Hledisko Oddělení okruhů (kanálů) Druh kontaktu Typ spínače Poměr příchodů P a východů V Funkce v informačním řetězci Dostupnost Počet článků Vnitřní blokování Směrovost (přenos, provoz) Ovládání spínačů Hlediska pro dělení a druhy spojovacích polí. Typy spojovacího pole Prostorové, kmitočtové, časové Mechanické, elektronické, optoelektronické Mechanické, elektromechanické, elektronické, optoelektronické S koncentrací P > V, s expanzí P <V, bez k/e P = V Nabíhací, směrová, linková, účastnická S úplnou dostupností, s neúplnou dostupností Jednočlánková, vícečlánková Blokující, neblokující Jednosměrné, obousměrné Manuální, automatické Článek je soubor spínačů, tvořících část nebo celé spojovací pole, umožňujících propojení určitého příchodu Px s vybraným východem Vy vždy jen přes jeden spínací bod. Blok je základní stavební jednotka obsahující i řízení, která je schopná sestavit spojení. Může obsahovat jeden či více článků.

124 124 FEKT Vysokého učení technického v Brně Stupeň je jeden či několik stejných bloků téže ústředny, umožňujících realizovat různé velikosti ústředen. V Tab. 14 jsou uvedeny základní hlediska pro dělení a příslušné druhy spojovacích polí [ 14 ] Metody oddělení okruhů Spojovací pole (SP) a spojování v něm může být založeno na stejných principech jako přenos informace. Jsou to principy prostorového, frekvenčního a časového oddělení okruhů. Tyto okruhy tvoří vstupy a výstupy spojovacího pole. pv 1 ov 1 pv i ov j pv n ov m Obr. 114: Spojovací pole s prostorovým oddělením okruhů. Spojovací pole s prostorovým oddělením okruhů, viz Obr. 114, umožňuje trvalé spojení ve spínacích bodech po celou dobu trvání spojení. Jednotlivé okruhy jsou tvořeny příchozími vedeními pv i a odchozími vedeními ov j. Spojovací pole s kmitočtovým oddělením okruhů nebyla vůbec realizována, i když v přenosových systémech byl tento princip značně rozšířen. Spojovací pole s časovým oddělením okruhů umožňuje měnit tzv. časovou polohu (time slot). Na Obr. 115 je naznačena změna odchozího kanálu (časové polohy) ok i odchozího vedení ov i na vstupu spojovacího pole na odchozí časovou polohu ok j odchozího vedení ov j. Protože je toto pole z hlediska přenosu jednosměrné, jsou nutné k vytvoření okruhu dva spínací body. Tento princip se uplatnil ve spojovacích polích ústředen 4. generace. k x.. k i..... k 1 pv 1 pv i ov 1 ov j k x... k j... k 1 pv n ovm Obr. 115: Spojovací pole s časovým oddělením okruhů Kontakty a spínače Mechanický kontakt je realizován kovovými částmi (barevné kovy, vzácné kovy). Předností je hlavně výborný spínací poměr R r /R s (odpor v sepnutém stavu k odporu v rozepnutém stavu). R r je prakticky nekonečný, R s je v řádech mω. Elektronický kontakt je realizován většinou polovodičovými prvky. Jeho spínací poměr je vzhledem k mechanickému kontaktu horší. R r jsou stovky kω, R s jsou desítky Ω. Mechanické spínače slouží pro spojovací pole s prostorovým oddělením okruhů. Kontakty jsou mechanické, ovládány manuálně. Patří sem telefonní klíče, tlačítka, přepínače a kolíky se svírkami. Byly součástí manuálních a poloautomatických systémů. Elektromechanické spínače mají kontakty mechanické a ovládání automatické, buzené elektrickou energií. Toto buzení může být založeno na principu elektrostatickém,

125 Telekomunikační a informační systémy 125 elektrodynamickém, piezoelektrickém, magnetostrikčním, tepelném a elektromagnetickém. Nejrozšířenější je princip elektromagnetický. Kvalita kontaktu, rychlost spínání (ms), bistabilní nebo monostabilní činnost jsou důležitými vlastnostmi těchto spínačů, které se používaly ve spojovacích polích s prostorovým oddělením okruhů. Představiteli těchto spínačů jsou relé, volič, křížový spínač, kódový spínač, viz Obr Obr. 116: Elektromechanické spínače krokový volič, jazýčkové relé a křížový spínač. Elektronické spínače pro prostorové oddělení okruhů pouze nahrazují spínače elektromechanické. I když již od začátku pronikání elektroniky do spojovacích systémů se ověřovaly ve spojovacích polích nejrůznější, v té době známé, elektronické prvky (doutnavky, thyratrony, elektronky, obrazovky až po polovodičové prvky v diskrétním provedení diody, tranzistory, vícevrstvé diody a maticové spínače v integrovaném provedení) ve spojovacím poli se pro jejich vesměs nevhodný spínací poměr uplatnily pouze u malých ústředen. Podstatně většího uplatnění našly Elektronické spínače pro časové oddělení okruhů (TDM switch) tvořící digitální spojovací pole. Obr. 117 ukazuje TDM switch bez vnitřního blokování. V současné době jsou k dispozici až 32k x 32k kanálů bez vnitřního blokování v jednom integrovaném obvodě. Obr. 117: Digitální spínače pro časové oddělení. Elektronické spínače pro časové oddělení okruhů jsou základem digitálních spojovacích polí. Jsou v principu dva: Prostorový spínač S a časový spínač T, značky viz Obr Prostorový spínač S (Space) umožňuje propojení pouze stejných time slotů (časových poloh, kanálových intervalů) z příchozího na vedení odchozí. Je realizován rychlými elektronickými spínači, nebo hradly s pamětí spojení, která vymezují stejný time slot (časovou polohu). Časový spínač T (Time) umožňuje time slot příchozího vedení změnit (časově posunout) do jiného time slotu odchozího vedení. Je tvořen pamětí hovorů, ve které je informace time slotu příchozího vedení uchována do doby jejího vyslání na výstupním vedení