Шлюзы мобильных сетей

Сергей Панфилов, Сергей Шаронин

В каждой организации существуют сотрудники, которые, с одной стороны, должны оставаться постоянно на связи, и, с другой стороны, должны перемещаться для того, чтобы исполнять свои обязанности. К числу таких сотрудников относятся не только руководители, но и большое количество различного обслуживающего персонала. Поэтому рынок требует не просто мобильной внутриофисной и внутрикорпоративной связи, а массовых, широкодоступных и хорошо масштабируемых решений с максимальным использованием передовых технологий.

До недавних пор острая потребность в мобильной внутренней телефонной связи покрывалась за счет бесшнуровых телефонных аппаратов и минисотовых систем связи, реализованных на основе DECT. Ни то, ни другое решение в полной мере не отвечало требованиям рынка. Первое — в силу малой дальности и плохой масштабируемости, второе — в силу высокой стоимости.

С развитием инфраструктуры и набора услуг сетей мобильной связи появилась возможность использовать их для передачи трафика телефонной связи корпоративных или учрежденческих сетей. Для реализации этой идеи были созданы устройства, которые называются шлюзами мобильных сетей. Сегодня на рынке представлены шлюзы для мобильных сетей различных стандартов (AMPS/DAMPS, CDMA, GSM). Однако, с учетом текущего состояния мобильной связи, наибольшее распространение получили GSM шлюзы. Встречающиеся на рынке шлюзы для сетей других стандартов отличаются меньшей функциональностью. Поэтому основное внимание в данной статье будет уделяться именно шлюзам GSM сетей.

GSM шлюзы — что это?

Шлюзы представляют собой устройство аналогичное мобильному телефонному аппарату (как правило, без органов управления и с минимумом индикации) с интерфейсом для сопряжения с УАТС (рис. 1). Производятся шлюзы с аналоговыми (FXS, FXO) или цифровыми (ISDN BRI или ISDN PRI) интерфейсами. Шлюзы с интерфейсами FXS/FXO и ISDN BRI выпускаются с одним или несколькими (чаще 2 или 4) интерфейсами в одном устройстве. Шлюзы с интерфейсом ISDN PRI могут обслуживать до 30 линий. Функциональный набор некоторых GSM шлюзов расширен — кроме передачи трафика телефонной сети, они могут осуществлять передачу данных (GPRS) или обмен сообщениями (SMS).

Рис. 1. Место GSM шлюза в учрежденческой сети связи

Использование таких шлюзов позволяет организовать беспроводной канал доступа к сетям передачи данных или выход в Интернет (GPRS), а также оповещение (SMS) сотрудников. В отличие от хорошо известного радиопейджинга, такое оповещение обеспечивает возможность ответа.

В целях экономии эфирного времени шлюзы обеспечивают целый ряд сервисных функций. Самая простейшая — тональный донабор через прозрачное соединение мобильного телефона с УАТС через шлюз (Call-through) в случае входящей (по отношению к УАТС) связи. Возможность донабора номера внутреннего абонента УАТС обеспечивается УАТС (функция DISA) или автосекретарем (рис. 2). Такая функция может использоваться не только для донабора внутреннего номера сотрудника, но и для доступа к междугородней и международной связи через УАТС.

Рис. 2. Использования GSM шлюза и автосекретаря для входящей связи

Прозрачное соединение может устанавливаться всем мобильным абонентам, набравшим номер шлюза, или только тем из них, номер которых имеется в таблице абонентов, которым разрешен доступ к услугам УАТС (Call-through, администрируемый по CLIP/АОН). Еще один способ авторизации права доступа — по паролю, который вводится тональным набором после установления соединения со шлюзом.

Учитывая, что конкретные мобильные абоненты могут звонить в один и тот же отдел или одному и тому же сотруднику, шлюз может осуществлять автоматический донабор внутреннего номера по таблицам (CLIP/АОН вызывающего абонента — внутренний номер). Разумеется, данные в таблицу должны заноситься администратором учрежденческой сети, в которой эксплуатируется шлюз (рис. 3)

Рис. 3. Автоматический донабор GSM шлюзом 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 CLIP/АОН абонента. После этого шлюз сам вызывает этого абонента по запомненному номеру. Поскольку при входящей связи из мобильной сети мобильный абонент, как правило, не платит, такие звонки в учреждение будут ему бесплатны.

В некоторых шлюзах для инициализации обратного вызова используются SMS запросы вызывающего абонента.

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

Некоторые шлюзы в целях снижения вероятности неправомерного использования услуг УАТС и/или шлюза позволяют ограничить доступ абонентов по времени суток и дням недели. Кроме того, каждому абоненту может ограничиваться и максимальное разрешенное число минут использования шлюза в месяц.

Выпускаются шлюзы, совмещенные с телефонным маршрутизатором (устройством, способным модифицировать набранный номер абонента для организации доступа через точки входа в сети других операторов). Шлюзы с маршрутизатором имеют два интерфейса и включаются в разрыв соединительных линий между УАТС и ТфОП. Основное достоинство таких шлюзов — их использование не требует перепрограммирование таблиц маршрутизации вызовов УАТС — определение направления по набранному номеру (ТфОП или GSM сеть) осуществляется встроенным в GSM шлюз маршрутизатором, программирование которого не вызывает особых трудностей. Это существенно облегчает установку GSM шлюзов на УАТС большой емкости, где изменение таблиц маршрутизации является сложным процессом и требует привлечения квалифицированного технического персонала (рис. 4).

Рис. 4. Подключение GSM шлюза со встроенным маршрутизатором

Помимо GSM шлюзов, обеспечивающих связь с УАТС или выход в ТфОП через УАТС, выпускаются шлюзы GSM-VoIP или комбинированные шлюзы GSM — в VoIP и ТфОП со встроенным маршрутизатором. Такие шлюзы используются, в первую очередь, для снижения расходов на связь и, во вторую очередь, для резервирования важных линий связи (с переключением при авариях или при сбросе трафика на более дорогие каналы в случае перегрузки).

Кроме того, GSM-VoIP шлюзы могут использоваться для «приземления» трафика VoIP сетей (обмена трафиком между VoIP сетью и сетью GSM или между сетью VoIP и ТфОП через сеть GSM). Такой способ сопряжения сетей является самым простым, 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 GSM шлюзов с серверами SIM карт. Такие шлюзы позволяют использовать для одного GSM приемопередатчика несколько SIM карт (обычно от 2 до 8). Выбор карты может осуществляться поочередно (при ограничении числа минут на карту за определенный период времени), а также в зависимости от времени суток, дней недели, номера вызываемого или вызывающего абонента (для использования льгот разных тарифов).

Контракты на подключения, купленные у оператора мобильной сети, могут иметь ограничения на коммерческое использование. Для решения этой проблемы некоторые многоканальные шлюзы могут имитировать обычное использование подключений — 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 выполняются в виде модульного шасси для установки в 19" стойки. Уменьшение числа антенн в таких шлюзах достигается с использованием комбайнеров.

Для обеспечения энергонезависимости шлюзы могут иметь возможность резервного питания от встроенных аккумуляторных батарей.

Область применения GSM шлюзов.

Применение GSM шлюзов позволило открыть новый горизонт возможностей за счет создания непосредственного стыка между корпоративной (учрежденческой) сетью связи и сетью GSM мобильной связи.

Наиболее интересным приложением для GSM шлюзов в корпоративных (учрежденческих) сетях связи является непосредственный обмен трафиком между УАТС и сетью мобильной связи заданного оператора или сетями нескольких операторов. Оригинальным примером возможности GSM шлюзов может служить 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 мобильных телефонных аппаратов и GSM моста за вызов платит только одна сторона.

Во-вторых, многие из них имеют льготные условия для групп абонентов — корпоративные тарифы или услугу VPN (виртуальные частные сети), в которых плата за входящую связь не взимается, а исходящая связь с абонентами группы осуществляется с существенной скидкой. Это значит, что при соединениях мобильных телефонных аппаратов сотрудников и GSM моста, использующих корпоративный тариф, за вызов платит только одна сторона, да и то по льготному тарифу. Такой же результат будет и в случае, если номер GSM моста будет оформлен как «любимый номер» всех сотрудников, использующих мобильные телефонные аппараты для звонков в офис.

В-третьих, существенно снизилась стоимость тарифных планов, предусматривающих неограниченный трафик между абонентами мобильной сети за фиксированную плату. 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 GSM шлюзе обеспечит возможность ее использования всеми сотрудниками или клиентами.

В-четвертых, некоторые операторы начали предлагать тарифы оплатой внутрисетевых локальных и междугородних разговоров по единому тарифу, который ниже стоимости междугородней связи в ТфОП. Следовательно, размещение вызовов сотрудникам, находящимся в командировке, через такую мобильную сеть позволит снизить затраты на междугородную связь.

Очевидно, что существует огромное количество вариантов использования GSM шлюзов в корпоративной (учрежденческой сети). Каждый из этих вариантов имеет под собой определенные мотивы — экономические (снижение затрат на связь корпорации или клиентов) и/или организационные (мобильная связь сотрудников взамен минисотовой связи, оповещение сотрудников или клиентов, беспроводное подключение УАТС к ТфОП через GSM сеть и др.). Кроме того, комбинация УАТС — GSM шлюз для расширения возможностей 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.

Исходящая связь от абонентов УАТС к абонентам мобильной сети через GSM шлюз:

• клиенты и сотрудники с мобильными телефонными аппаратами не платят за входящие вызовы, поступающие к ним от УАТС через GSM шлюз;
• вызовы в мобильную сеть через GSM шлюз не занимают соединительные линии УАТС и не оплачиваются городской сети (в случае взимания ГТС повременной оплаты);
• достигается «унификация» (рис. 5) доступа клиентов к сотрудникам (у клиента одна точка входа для доступа к сотруднику независимо от его места нахождения).

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

Входящая связь от абонентов мобильной сети к абонентам УАТС:

• клиенты платят по внутрисетевым тарифам, которые ниже стоимости вызовов через ТфОП;
• сотрудники получают возможность использования функции «Обратный вызов» (Call-back по CLIP/АОН или SMS запросу вызывающего абонента), которая позволяет снизить до нуля их затраты на связь с офисом (в GSM шлюзе используется одна на всех SIM карта c безлимитным тарифом);
• сотрудники имеют возможность непосредственного доступа к УАТС с помощью тонального набора (Call-through + DISA);
• клиенты имеют возможность тонального донабора или быстрого автоматического соединения с внутренними абонентами УАТС (использование CLIP/АОН в GSM мосте для автоматического выбора номера абонента УАТС по таблице соответствий «номер вызывающего мобильного — номер вызываемого на УАТС»).

Использование других операторов междугородней и международной связи:

• в случае высоких междугородних тарифов оператора мобильной сети сотрудники с мобильными телефонными аппаратами имеют возможность размещать междугородние и международные вызовы через других операторов (через УАТС на СЛ альтернативного оператора ТфОП) или по внутрикорпоративным каналам (через УАТС на выделенные каналы — например, VoIP мост или шлюз);
• при наличии филиалов в других городах и оператора мобильной связи, который имеет в этих городах внутрисетевой роуминг по единому тарифу, который ниже тарифа на междугороднюю связь с этими городами оператора ТфОП, внутренние абоненты УАТС могут размещать вызовы в другие города через мобильную сеть (от абонентов УАТС первого города, через первый GSM шлюз, сеть GSM и второй GSM, к абонентам УАТС второго города).

Беспроводное подключение УАТС и ЛВС к ТфОП и СПД:

• при отсутствии возможности прямого подключения УАТС к ТфОП (из-за отсутствия свободных емкостей или кабельных линий) подключение может осуществляться через GSM сеть;
• в случае отсутствия линий связи между основным офисом и филиалом их УАТС могут быть объединены в единую корпоративную сеть с помощью двух GSM шлюзов (рис. 6);
• в рассмотренных выше случаях для организации доступа в Интернет из ЛВС может использоваться GSM/GPRS шлюз.

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

Стоит отметить, что возможности использования GSM шлюзов в корпоративных сетях не исчерпываются описанными выше рекомендациями — они ограничены только тарифами используемого оператора мобильной связи и воображением системного интегратора.

Обзор оброрудования.

Несмотря на то, что шлюзы GSM сетей находятся в начале своей популярности, на российском рынке можно обнаружить достаточно широкий спектр этих устройств. Ниже приведен краткий обзор GSM шлюзов, на которые авторам удалось получить достаточно подробное описание.

Семейство аналоговых шлюзов Ateus GSM Gateway содержит развитый модельный ряд устройств, отличающихся числом каналов, типом интерфейсов и исполнением. Шлюзы Ateus имеют развитое программное обеспечение, обеспечивающее широкий набор функций. В качестве примера можно рассмотреть шлюз Ateus 501100E предназначен для подключения к аналоговым соединительным линиям УАТС (FXO). В шлюзе используется модуль GSM Siemens Cellular Engine TC35 и встроенный модем для передачи данных и факсимильных сообщений (9600 — 14400 бит/с). Использование модема, в отличие от GPRS, удешевляет шлюз, но делает невозможным одновременное ведение разговора и передачу данных.

Шлюз обеспечивает интеллектуальную маршрутизацию входящих вызовов из GSM сети (по табличным данным) с возможностью автоматического донабора внутреннего номера по CLIP/АОН мобильного абонента. Исходящие вызовы проверяются по таблице разрешенных наборов. Шлюз обеспечивает хранение данных о произведенных соединениях. Шлюзы может передавать данные CLIP/АОН в подключенный к нему компьютер, что позволяет реализовать с его использованием рабочее место оператора по обработке входящих вызовов.

В комплекте со шлюзом поставляется программа SMS сервера, которая обеспечивает запись, отправку, получение, и хранение SMS сообщений. Кроме того, вместе со шлюзом может использоваться программа MobileCahnge, которая создает сеть между сетью мобильных телефонов и ЛВС, используя обмен текстовыми сообщениями SMS. Программа имеет встроенный шлюз в системы электронной почты (MS Exchange, Lotus Notes, SMTP), который позволяет осуществить прямую связь мобильного телефона с почтовым ящиком.

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

Шлюз Ateus 501105E является полным функциональным аналогом предыдущего устройства. Однако в этом шлюзе используется GSM модуль Siemens Cellular Engine MC35, который поддерживает GPRS. Передача данных (9600 — 57600 бит/с) в таком шлюзе может вестись одновременно с разговором.

Шлюз ITS CelluLine CGW-T предназначен для подключения к аналоговым соединительным линиям УАТС. Для его подключения могут использоваться свободные порты городских СЛ 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 СЛ, к которой подключен шлюз CelluLine CGW-T.

Монтаж CelluLine CGW-T очень прост и не требует специальных знаний. Достаточно вставить в приемный узел шлюза SIM карту, подключить его к антенне, УАТС и питанию и шлюз готов к работе. Самое сложное в процессе его ввода в эксплуатацию — перенастройка таблиц маршрутизации УАТС. Это небольшое неудобство компенсируется полной прозрачностью шлюза для исходящих вызовов от УАТС в мобильную сеть — они размещаются 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 шлюза (например, уровень громкости, тайм-аут по максимальной продолжительности разговора, запрещенные для исходящего набора номера и др.) программируются с помощью DTMF набора.

Для крепления нескольких шлюзов и их антенн выпускаются специальные кронштейны.

Шлюз ITS CellBox-Lite является многофункциональным устройством, обеспечивающим прозрачное соединение или обратный вызов при входящей связи (к УАТС) или исходящую связь (от УАТС) к мобильным абонентам. Такой набор способов установления соединений обеспечивает возможность использования CellBox-Lite для организации самых различных сценариев связи внутренних абонентов с мобильными абонентами, минуя ТфОП. Установка CellBox-Lite на УТС позволяет снизить затрата на мобильную связь сотрудников или клиентов с мобильными телефонными аппаратами.

Сопряжение CellBox-Lite с УАТС максимально упрощается, так как для его подключения используется обычная аналоговая абонентская линия (то есть шлюза подключается к стыкам FXS). В случае входящей связи (от мобильной сети к УАТС) вызов внутренним абонентам поступает с внутреннего номера, к которому подключен шлюз. В случае исходящей связи (от УАТС к мобильной сети) абоненты УАТС сначала набирают внутренний номер, к которому подключен шлюз, а затем (после получения тонального сигнала от мобильной сети) номера мобильного абонента.

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

• его имя;
• SMS пароль;
• номер телефона;
• разрешенное время использования шлюза;
• неразрешенные для набора номера;
• разрешенное к использованию 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 может получить доступ к услугам шлюза. Однако со стороны УАТС любой внутренний абонент может размещать 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 отличительной чертой является наличие двух интерфейсов одновременно (FSO и FXS). Поддерживается функция передачи данных на основе GPRS и HSCSD (интерфейс RS-232, скорость до 43,2 Кбит/с) и возможность передачи SMS. Шлюзы имеют минимуму элементов индикации (светодиоды). Программирование осуществляется с помощью DTMF набора 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 ISDN УАТС.

В качестве примера можно рассмотреть модель Ateus 502082Е, которая обеспечивает два сквозных цифровых канала между GSM сетью и ISDN УАТС. Для подключения к УАТС шлюз использует стык ISDN BRI (S0/NT) с сигнализацией Euro-ISDN/DSS-1. Кроме этого, без УАТС непосредственно к шлюзу может быть подключено до 8 ISDN телефонных аппаратов.

Кроме описанных выше, выпускаются также и другие модели ISDN шлюзов Ateus. Например, шлюзы с двойным набором ISDN интерфейсов (1 NT + 1 TE) и встроенным маршрутизатором. Применение маршрутизатора, внешнего по отношению к УАТС, упрощает подключение шлюза, так как не требуется изменение таблиц маршрутизации вызовов УАТС.

Кроме того, для подключения большого числа каналов (до 32) предназначен стоечный вариант (3U шасси для 19" шкафов) — шлюз Ateus StarGate. В шасси устанавливаются шлюзы в модульном исполнении (до 16 модулей/шасси) с сервером SIM карт (до 8 карт на модуль). Могут быть использованы модули с любым набором интерфейсов: аналоговые для FXO/FXS (модули Gateway) и цифровые ISDN BRI (модули Gate ISDN). Кроме того, шлюз может обеспечивать многоканальный цифровой стык ISDN PRI с сигнализацией EuroISDN PRI DSS1 (модули StarGate). Последний вариант может использоваться, например, для организации стыков с центрами обработки вызовов или точек входа альтернативных операторов междугородней и международной связи.

Широкая номенклатура шлюзов GSM сети может удивить неискушенного пользователя. Однако, с развитием GSM сетей и снижением тарифов ситуация на рынке телекоммуникационных услуг подходит к рубежу, когда пользователю в ряде случаев становится безразличен выбор между фиксированной и мобильной связью. Это если у пользователя 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 GSM сети. Вот тут-то и пригодятся шлюзы мобильных сетей.