Шлюзы мобильных сетей

Сергей Панфилов, Сергей Шаронин

До недавних пор острая потребность в мобильной внутренней телефонной связи покрывалась за счет бесшнуровых телефонных аппаратов и мини-сотовых систем связи на основе DECT. Ни то ни другое решение в полной мере не отвечало требованиям рынка. С развитием инфраструктуры и набора услуг сетей мобильной связи появилась возможность использовать их для передачи телефонного трафика корпоративных или учрежденческих сетей.

В каждой организации имеются сотрудники, которые, в соответствии со своими обязанностями, вынуждены постоянно перемещаться, оставаясь при этом на связи. К их числу относятся не только руководители, но и различный обслуживающий персонал. Рынку нужна уже не просто мобильная внутриофисная и внутрикорпоративная связь, а массовые, широкодоступные и хорошо масштабируемые решения с максимальным использованием передовых технологий.

Довольно продолжительное время мобильная внутренняя телефонная связь обеспечивалась посредством бесшнуровых телефонных аппаратов и мини-сотовых систем на основе DECT. Оба решения так и не получили всеобщего признания потребителей. Первое - в силу малой дальности и плохой масштабируемости, второе - по причине высокой стоимости.

С развитием инфраструктуры и набора услуг сетей мобильной связи появилась возможность использовать их для передачи телефонного трафика корпоративных или учрежденческих сетей. Созданные для реализации этой идеи устройства называются шлюзами мобильных сетей. На рынке представлены шлюзы для мобильных сетей различных стандартов (AMPS/DAMPS, CDMA, GSM), однако, с учетом текущего состояния мобильной связи, наибольшее распространение получили шлюзы GSM, отличающиеся наибольшей функциональностью.

ШЛЮЗЫ МОБИЛЬНЫХ СЕТЕЙ - ЧТО ЭТО?

По своему устройству шлюзы аналогичны мобильному телефонному аппарату, но они, как правило, не имеют органов управления и индикации и оснащены интерфейсом для сопряжения с УАТС (см. Рисунок 1). Интерфейсы могут быть аналоговыми (FXS, FXO) или цифровыми (ISDN BRI или ISDN PRI). Шлюзы с интерфейсами FXS/FXO и ISDN BRI выпускаются с одним или несколькими (чаще двумя или четырьмя) интерфейсами в одном устройстве. GSM шлюзы с интерфейсом ISDN PRI могут обслуживать до 30 линий.

Рисунок 1. Место шлюза GSM в учрежденческой сети связи.

Кроме передачи трафика телефонной сети некоторые шлюзы GSM способны осуществлять передачу данных (GPRS) или обмен сообщениями (SMS). Они позволяют организовать беспроводной канал доступа к сетям передачи данных или выход в Internet (GPRS), а также оповещение сотрудников (SMS). В отличие от радиопейджинга, такое оповещение обеспечивает возможность ответа.

В целях экономии эфирного времени шлюзы предоставляют целый ряд сервисных функций. Простейшая из них - тональный донабор через прозрачное соединение мобильного телефона с УАТС (Call-Through) в случае входящей (по отношению к УАТС) связи. Возможность донабора номера внутреннего абонента УАТС обеспечивают УАТС (функция DISA) или автосекретарь (см. Рисунок 2). Кроме того, эта функция может использоваться и для доступа к междугородной и международной связи через УАТС.

Рисунок 2. Использование шлюза GSM и автосекретаря для входящей связи.

Прозрачное соединение устанавливается для всех мобильных абонентов, набравших номер шлюза, или только для тех из них, номер которых имеется в таблице абонентов, получивших разрешение на доступ к услугам УАТС (Call-Through с администрированием по CLIP/АОН). Еще один способ авторизации права доступа - введение пароля посредством тонального набора после осуществления соединения со шлюзом.

Учитывая, что конкретные мобильные абоненты могут звонить в один и тот же отдел или одному и тому же сотруднику, шлюз осуществляет автоматический донабор внутреннего номера по таблицам соответствия для CLIP/АОН вызывающего абонента. Разумеется, данные в таблицу должен заносить администратор учрежденческой сети (см. Рисунок 3).

Рисунок 3. Автоматический донабор шлюзом GSM внутреннего номера при входящей связи.

Наиболее удобная функция - обратный вызов (Call-Back). В случае ее использования мобильный абонент набирает номер шлюза, который (без установления соединения) считывает его CLIP/АОН и затем сам выполняет вызов по определенному номеру. Входящие звонки из мобильной сети, как правило, не оплачиваются, поэтому связь с сотрудниками учреждения будет для мобильного абонента бесплатной. В некоторых шлюзах для инициализации обратного вызова применяются запросы SMS к вызывающей стороне.

Обратный вызов может быть неадминистрируемым (разрешенным всем) или администрируемым с авторизацией права доступа по номеру вызывающего абонента, значение которого определяется по CLIP/ АОН или SMS. Кроме того, авторизация выполняется и по текстовому паролю, передаваемому через SMS.

Некоторые шлюзы в целях снижения вероятности неправомерного обращения к услугам УАТС и/или шлюза позволяют ограничить доступ абонентов по времени суток и дням недели. Кроме того, каждому абоненту может быть установлен максимально возможный временной лимит использования шлюза (как правило, определенное количество минут в месяц).

Модели шлюзов ряда производителей предусматривают телефонный маршрутизатор (устройство, способное модифицировать набранный номер абонента для организации доступа через точки входа в сети других операторов). Такие шлюзы имеют два интерфейса и включаются в разрыв соединительных линий между УАТС и ТфОП. Основное их достоинство состоит в том, что они освобождают от необходимости перепрограммирования таблиц маршрутизации вызовов УАТС - определение направления по набранному номеру (ТфОП или сеть GSM) осуществляется встроенным в шлюз GSM маршрутизатором, программирование которого не вызывает особых трудностей. Это существенно облегчает установку шлюзов GSM на УАТС большой емкости, где изменение таблиц маршрутизации является сложным и трудоемким процессом и требует привлечения квалифицированного технического персонала (см. Рисунок 4).

Рисунок 4. Подключение шлюза GSM со встроенным маршрутизатором.

Помимо шлюзов GSM для связи с УАТС или выхода в ТфОП через УАТС выпускаются шлюзы между GSM и VoIP или комбинированные шлюзы между GSM, VoIP и ТфОП - со встроенным маршрутизатором. Они предназначены, во-первых, для снижения расходов на связь, а во-вторых, для резервирования важных линий связи (с переключением при авариях или при сбросе трафика на более дорогие каналы в случае перегрузки).

Кроме того, шлюзы GSM-VoIP могут применяться для «приземления» трафика сетей VoIP (обмена трафиком между сетями VoIP и GSM или между сетью VoIP и ТфОП через сеть GSM). Это самый простой способ сопряжения сетей, так как не требует никаких согласований с оператором (достаточно лишь приобрести нужное количество подключений и SIM-карт).

Для равномерного распределения трафика между подключениями выпускаются версии многоканальных шлюзов GSM с серверами SIM-карт. Такие шлюзы позволяют использовать с одним приемопередатчиком GSM несколько SIM-карт (обычно от двух до восьми). Выбор карты может осуществляться поочередно (при ограничении числа минут на карту за определенный период времени), а также в зависимости от времени суток, дня недели, номера вызываемого или вызывающего абонента (с учетом льгот по разным тарифам).

Контракты на подключения с оператором мобильной сети могут предусматривать запрет на коммерческое использование. Для решения этой проблемы некоторые многоканальные шлюзы способны имитировать обычные подключения - время от времени шлюз сам организует входящие вызовы (звонки с мобильного на мобильный).

Конструктивно шлюзы выполняются в виде небольших блоков (размером с книгу) для настенного монтажа с выносной или встроенной антенной. Многоканальные шлюзы чаще всего выпускают в виде модульного шасси для установки в стойки шириной 19?. Уменьшение числа антенн достигается за счет использования комбайнеров.

Для обеспечения энергонезависимости в некоторых моделях предусмотрена возможность резервного питания от встроенных аккумуляторных батарей.

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ШЛЮЗОВ GSM

Своим появлением шлюзы GSM открывают новые перспективы развития услуг мобильной связи, поскольку они позволяют перекинуть мост между корпоративной (учрежденческой) сетью связи и сетью GSM мобильной связи.

Наиболее интересным приложением для шлюзов GSM в корпоративных сетях связи является непосредственный обмен трафиком между УАТС и сетями мобильной связи одного или нескольких операторов. Оригинальный пример возможности шлюзов GSM - сопряжение УАТС мобильного объекта (например, речного судна) с ТфОП. Немаловажную роль в росте популярности этого приложения сыграли снижение стоимости услуг и развитие тарифов мобильной связи.

Во-первых, большинство операторов сотовой связи не взимают платы за входящую связь с другого мобильного телефонного аппарата. В результате при соединениях между мобильными телефонными аппаратами и мостами GSM за вызов платит только одна сторона.

Во-вторых, многие из них предлагают льготные условия для групп абонентов - корпоративные тарифы или услугу виртуальной частной сети (VPN), когда плата за входящие звонки не взимается, а на исходящую связь с абонентами группы предоставляется существенная скидка. Это значит, что при соединениях между мобильными телефонами сотрудников и мостом GSM за вызов платит только одна сторона, да и то по льготному тарифу. Такой же результат будет и в случае, если все служащие оформят номер моста GSM как «любимый номер».

В-третьих, стоимость тарифных планов с неограниченным трафиком между абонентами мобильной сети за фиксированную плату существенно снизилась. Она сравнялась с оплатой проводных абонентских линий по коммерческим тарифам или даже стала ниже. Таким образом, покупка одной SIM-карты c безлимитным тарифом и установка ее в шлюзе GSM обеспечит возможность ее использования всеми сотрудниками или клиентами.

В-четвертых, некоторые операторы начали предлагать оплату внутрисетевых локальных и междугородных разговоров по единому тарифу, ниже стоимости междугородной связи в ТфОП. Следовательно, вызов сотрудников, находящихся в командировке, через такую мобильную сеть позволит снизить затраты на междугородную связь.

Как видим, вариантов применения шлюзов GSM в корпоративной (учрежденческой) сети множество. Появление каждого из них зависело от конкретных обстоятельств - экономических (снижение затрат на связь корпорации или клиентов) и/или организационных (мобильная связь сотрудников взамен мини-сотовой связи, оповещение сотрудников или клиентов, беспроводное подключение УАТС к ТфОП через сеть GSM и др.). Кроме того, комбинация УАТС со шлюзом GSM может быть дополнена и другими устройствами (например, шлюзами или мостами VoIP). Такое разнообразие приложений и экономических условий, в которых они создаются, сильно затрудняет формализацию рекомендаций по их построению. Тем не менее некоторые рекомендации мы постарались привести ниже.

При исходящей связи от абонентов УАТС к абонентам мобильной сети через шлюз GSM:

• клиенты и сотрудники с мобильными телефонными аппаратами не платят за входящие вызовы, поступающие к ним от УАТС через шлюз GSM;
• вызовы в мобильную сеть через шлюз GSM не занимают соединительные линии УАТС и не оплачиваются по тарифам городской сети (в случае взимания ГТС повременной оплаты);
• «унифицирован» (см. Рисунок 5) доступ клиентов к персоналу компании (клиент обращается к одной точке входа для доступа к сотруднику независимо от его местонахождения).

Рисунок 5. «Скрытый» перевод вызовов на мобильный телефонный аппарат с использованием шлюза GSM.

• При входящей связи от абонентов мобильной сети к абонентам УАТС:
• клиенты платят по внутрисетевым тарифам, ниже стоимости вызовов через ТфОП;
• сотрудники получают возможность использования функции «обратный вызов» (Call-Back по CLIP/АОН или запросу SMS вызывающего абонента), в результате их затраты на связь с офисом снижаются практически до нуля (в шлюзе GSM устанавливается одна на всех SIM-карта c безлимитным тарифом);
• служащим предоставляется непосредственный доступ к УАТС с помощью тонального набора (Call-Through + DISA);
• клиенты могут воспользоваться тональным донабором или быстрым автоматическим соединением с внутренними абонентами УАТС (применение CLIP/АОН в мосте GSM для автоматического выбора номера абонента УАТС по таблице соответствий между номером вызывающего мобильного и номером вызываемого на УАТС).

При пользовании услугами других операторов междугородной и международной связи:

• в случае высоких междугородных тарифов оператора мобильной сети сотрудники с мобильными телефонными аппаратами имеют возможность осуществлять междугородные и международные вызовы через других операторов (через УАТС на соединительные линии альтернативного оператора ТфОП) или по внутрикорпоративным каналам (через УАТС на выделенные каналы - например, мост или шлюз VoIP);
• при наличии филиалов в других городах внутренние абоненты УАТС для звонков в другие города могут пользоваться мобильной сетью (от абонентов УАТС первого города, через первый шлюз GSM, сеть GSM и второй шлюз GSM, к абонентам УАТС второго города), если оператор мобильной связи предлагает в этих городах внутрисетевой роуминг по единому тарифу дешевле, чем стоимость междугородной связи местного оператора ТфОП.

При беспроводном подключении УАТС и локальной сети к ТфОП и сети передачи данных:

• при невозможности прямого подключения УАТС к ТфОП (за неимением свободных емкостей или кабельных линий) связь можно обеспечить через сеть GSM;
• в случае отсутствия линий связи между основным офисом и филиалом две УАТС могут быть объединены в единую корпоративную сеть с помощью двух шлюзов GSM (см. Рисунок 6);

Рисунок 6. Использование шлюзов GSM для подключения филиалов при отсутствии проводной связи.

• в рассмотренных выше ситуациях для организации доступа в Internet из локальной сети может использоваться шлюз GSM/GPRS.

Стоит отметить, что возможности применения шлюзов GSM в корпоративных сетях не исчерпываются предложенными рекомендациями - они ограничены только тарифами оператора мобильной связи и воображением системного интегратора.

ОБЗОР ОБОРУДОВАНИЯ

Шлюзы сетей GSM пока не приобрели широкой популярности, однако на российском рынке представлен достаточно широкий спектр этих устройств. Ниже приведен краткий обзор шлюзов GSM, на которые авторам удалось получить достаточно подробное описание.

Рисунок 7. Шлюз Ateus GSM Gateway

Семейство аналоговых (FXS и FXO) GSM шлюзов 2N Ateus (см. Рисунок 7) включает целый ряд моделей, отличающихся числом каналов, типом интерфейсов и исполнением. Все они имеют развитое программное обеспечение с широким набором функций. В качестве примера можно рассмотреть шлюз Ateus 501100E, который предназначен для подключения к аналоговым соединительным линиям УАТС (FXO). Он содержит модуль GSM Siemens Cellular Engine TC35 и встроенный модем для передачи данных и факсимильных сообщений (со скоростью от 9600 до 14400 бит/с). Использование модема, в отличие от GPRS, в целом удешевляет шлюз, но делает невозможным одновременное ведение разговора и передачу данных.

Шлюз обеспечивает интеллектуальную маршрутизацию входящих вызовов из сети GSM (по табличным данным) с возможностью автоматического донабора внутреннего номера по CLIP/АОН мобильного абонента. Исходящие вызовы проверяются по таблице разрешенных наборов. Шлюз хранит данные о произведенных соединениях, а при необходимости передает данные CLIP/АОН в подключенный к нему компьютер, что позволяет организовать рабочее место оператора по обработке входящих вызовов.

Поставляемая в комплекте с устройством программа сервера SMS обеспечивает запись, отправку, получение и хранение сообщений SMS. Кроме того, использование программы вместе со шлюзом MobileCahnge позволяет создать сеть обмена текстовыми сообщениями SMS между сетью мобильных телефонов и локальной сетью. Программа имеет встроенный шлюз в системы электронной почты (MS Exchange, Lotus Notes, SMTP) и таким образом способствует установке прямой связи мобильного телефона с почтовым ящиком.

Шлюз Ateus 501105E - полный функциональный аналог предыдущего устройства с единственным отличием: в нем используется модуль GSM Siemens Cellular Engine MC35 с поддержкой GPRS. Передача данных (со скоростью от 9600 до 57 600 бит/с) может вестись одновременно с разговором.

Шлюзы имеют два входа для дискретных датчиков и два выхода для управления внешним оборудованием.

Рисунок 8. Шлюз ITS CelluLine CGW-T.

Шлюз ITS CelluLine CGW-T (см. Рисунок 8) предназначен для подключения к аналоговым соединительным линиям УАТС, в том числе через свободные порты городских соединительных линий УАТС (Loop Start Trunk или стык FXO). В случае исходящей связи (от УАТС) вызовы в мобильную сеть должны выделяться из общего потока алгоритмом маршрутизации вызовов УАТС и направляться на соединительную линию, к которой подключен шлюз CelluLine CGW-T.

Монтаж CelluLine CGW-T очень прост и не требует специальных знаний. В приемный узел шлюза достаточно вставить SIM-карту, подключить его к антенне, УАТС, питанию - и шлюз готов к работе. Самое сложное в процессе ввода в эксплуатацию - перенастройка таблиц маршрутизации УАТС. Это небольшое неудобство компенсируется полной прозрачностью шлюза для исходящих вызовов от УАТС в мобильную сеть - они осуществляются так же, как и вызовы в ТфОП.

На дисплее шлюза, как и на дисплее любого сотового телефона, отображается название оператора мобильной сети, уровень сигнала на входе приемника шлюза, а также информация о процессе обработки вызова. Ряд внутренних параметров (например, уровень громкости, тайм-аут по максимальной продолжительности разговора, запрещенные для исходящего набора номера и др.) программируется с помощью набора DTMF.

Для крепления нескольких шлюзов и их антенн выпускаются специальные кронштейны.

Рисунок 9. Шлюз ITS CellBox-Lite.

Многофункциональный шлюз ITS CellBox-Lite (см. Рисунок 9) обеспечивает прозрачное соединение, обратный вызов при входящей связи (к УАТС) или исходящую связь (от УАТС) к мобильным абонентам. Благодаря такому набору способов установления соединений, CellBox-Lite способен найти применение для организации самых различных сценариев связи внутренних абонентов с мобильными абонентами, минуя ТфОП. Установка CellBox-Lite на УАТС позволяет снизить затраты на мобильную связь сотрудников или клиентов с мобильными телефонными аппаратами.

Сопряжение CellBox-Lite с УАТС максимально упрощено и выполняется на основе обычной аналоговой абонентской линии (шлюз соединяется со стыками FXS). В случае входящей связи (от мобильной сети к УАТС) вызов внутренним абонентам поступает с внутреннего номера, к которому подключен шлюз. При исходящей связи (от УАТС к мобильной сети) абоненты УАТС сначала набирают внутренний номер, а затем (после получения тонального сигнала от мобильной сети) номер мобильного абонента.

Для авторизации права доступа шлюз CellBox-Lite использует базу данных, где для каждого мобильного абонента (до 50 на шлюз) хранится следующая информация:

• его имя;
• пароль SMS;
• номер телефона;
• разрешенное время использования шлюза;
• не разрешенные для набора номера;
• разрешенное для использования число минут в месяц;
• право на прозрачное соединение;
• право на обратный вызов;
• номер для соединения по умолчанию.

Без занесения мобильного абонента в базу данных авторизации он не получит доступ к услугам шлюза. Однако со стороны УАТС любой внутренний абонент может осуществлять вызовы в мобильную сеть без каких-либо ограничений.

Шлюз CellBox-Lite программируется с помощью персонального компьютера и программы CUP (включена в комплект поставки).

Шлюзы Nokia 32 являются простейшими в ряду аналоговых устройств. Их отличительная черта - наличие двух интерфейсов одновременно (FSO и FXS). Они поддерживают функции передачи данных на основе GPRS и HSCSD (интерфейс RS-232, скорость до 43,2 Кбит/с) и возможность передачи SMS. Количество элементов индикации (светодиодов) сведено к минимуму. Программирование осуществляется с помощью набора DTMF с телефонного аппарата.

Семейство Ateus GSM Gate ISDN, в отличие от всех упомянутых выше устройств, состоит из шлюзов, имеющих сквозной цифровой тракт. Шлюзы предназначены для работы совместно с УАТС с поддержкой ISDN. Так, модель Ateus 502082Е обеспечивает два сквозных цифровых канала между сетью GSM и ISDN УАТС. Для подключения к УАТС шлюз использует стык ISDN BRI (S0/NT) с сигнализацией Euro-ISDN/DSS-1. Кроме этого, непосредственно к шлюзу, минуя УАТС, может быть подключено до восьми телефонных аппаратов ISDN.

Компания Ateus выпускает и другие модели шлюзов ISDN: например, шлюзы с двойным набором интерфейсов (1 NT + 1 TE) и встроенным маршрутизатором. Применение внешнего по отношению к УАТС маршрутизатора ISDN упрощает установку шлюза, так как изменение таблиц маршрутизации вызовов УАТС не требуется.

Для подключения большого числа каналов (до 32) предназначен стоечный вариант (шасси высотой 3U для шкафов шириной 19?) - шлюз Ateus StarGate. В шасси устанавливаются шлюзы в модульном исполнении (до 16 модулей/шасси) с сервером SIM-карт (до восьми карт на модуль). Модули могут иметь любые наборы интерфейсов: аналоговые для FXO/FXS (модули Gateway) и цифровые ISDN BRI (модули Gate ISDN). Дополнительно шлюз обеспечивает многоканальный цифровой стык ISDN PRI с сигнализацией EuroISDN PRI DSS1 (модули StarGate). Последний вариант пригоден, например, для организации стыков с центрами обработки вызовов или точек входа альтернативных операторов междугородной и международной связи.

Широкая номенклатура шлюзов сети GSM способна удивить неискушенного пользователя. Однако с развитием сетей GSM и снижением тарифов ситуация на рынке телекоммуникационных услуг подходит к рубежу, когда пользователю в ряде случаев выгоднее использовать мобильную связь, нежели фиксированную, если у него имеется такой выбор. А ведь не везде еще можно легко и просто за разумные деньги подключиться к телефонной сети по проводной линии. Остается надеяться на сети GSM. Вот тут-то и пригодятся шлюзы мобильных сетей.

См. также:

• Стационарные GSM телефоны