Älyverkot

Riina Laitinen

Tietotekniikka

Teknillinen Korkeakoulu

ralaitin@cc.hut.fi

Aija Karppinen

Tietotekniikka

Teknillinen korkeakoulu

ahkarppi@cc.hut.fi

Tiivistelmä

Telealan nopeasti kasvava kipailu on herättänyt tarpeita uusien toisista erottuvien entistä joustavampien palveluiden kehittämiseen. Tämän kehityksen pohjalta ovat syntyneet älyverkot, jotka ovat olemassa oleviin verkkoihin toteutettuja uusia palveluja. Älyverkko palveluihin kuuluvat joustavat laskutus palvelut, ihmisten tavoitettavuutta lisäävät palvelut, massapuhelupalvelut ja erilaiset käyttäjäryhmäkohtaiset palvelut. Älyverkkojen toteuttaminen vaatii myös uudenlaista tekniikkaa. Älyverkot toteutetaan erillisten komponenttien avulla, jotka pitävät sisällään kuhunkin määritellyn toiminnon. Älyverkkojen avulla uusien palvelujen kehittäminen nopeutuu ja muutosten tekeminen helpottuu.

1 Johdanto

Teleoperaattorien kilpailukyky perustuu useisiin eri tekijöihin, joista olennaisimmat ovat palvelujen laatu ja hinta. Koska kilpailu alalla muuttuu koko ajan kovemmaksi, täytyy operaattorien taistella yhä kiivaammin tilaajista. Tilanne on samankaltainen sekä kiinteissä, että langattomissa verkoissa. Yhä tärkeämmäksi tekijäksi kasvavassa kilpailussa on muodostumassa se, millaisia palveluja tilaajille tarjotaan. Selkeä kilpailuetu operaattorille on, jos se voi tarjota erilaisia palveluja muiden operaattorien tarjontaan nähden. Erityisesti yrityksille ja organisaatioille suunnatuilla palveluilla on suuri merkitys niiden suuren tietoliikenne määrän takia.

Älyverkkojen avulla yrityksille muodostuu mahdollisuus tarjota parempia palveluita. Älyverkoissa älykkyys ei ole sijoitettuna kytkimiin, vaan tietokone yksiköihin, jotka sijaitsevat eri puolilla verkkoa [3]. Tämän johdosta teleoperaattoreille tarjoutuu parempi mahdollisuus kehittää ja kontrolloida palvelujaan [3]. Älyverkkojen ansiosta operaattorien on myös mahdollista luoda omia palveluja ottamatta verkkotopologiaa huomioon.

Älyverkkojen hyötyjä voidaan katsella useasta eri näkökulmasta. Ensinnäkin niiden avulla muodostetut palvelut ovat helppokäyttöisiä sekä lisäksi niiden käyttäminen on näkymätöntä loppukäyttäjän kannalta. Liiketoiminnan kannalta älyverkoista voidaan hyötyä seuraavilla tavoilla. Hintoja voidaan optimoida ja asiakkaalle voidaan tarjota parempia palveluja. Lisäksi liikevoitto kasvaa, jos pystytään luomaan asiakkaan kannalta arvokkaita palveluja. Oman näkökulmansa luovat myös älyverkoissa käytetyt tekniset ratkaisut.

2 Historiaa

Älyverkkojen kehitys alkoi 1980-luvulla. Tällöin tietoliikenteen tutkimuksen seurauksena havaittiin tarvetta entistä joustavampien palvelujen luomiselle. Ensimmäisenä kehitystyöhön ryhtyi tutkimuslaboratorio BellCor, jonka toimesta termi "intelligent network" eli älyverkot lanseerattiin vuonna 1984. Älyverkkojen kehityksen alkamisen mahdollisti se, että 1980-luvulla televerkoissa oli jo tarpeeksi hyvä teknologia käytössä. Tällöin keskukset olivat digitaalisesti ohjattuja ja siirtoteinä käytettiin digitaalisia yhteyksiä. Myös signaloinnissa käytettiin uudenaikaisia järjestelmiä. [2]

Ensimmäinen älyverkkopalvelu oli Yhdysvalloissa kehitetty FreePhone-palvelu, jossa oli kysymys siitä, että tiettyyn numeroon pystyttiin soittamaan ilmaiseksi. Aluksi FreePhone toteutettiin puhelinkeskuksessa. Palvelua oli kuitenkin vaikea hallita, jonka johdosta toteutus siirrettiin pian erilliseen SCP(Service Control Point)-yksikköön. Lisäksi keskuksen ohjelmistot olivat kehittyneet monimutkaisiksi ja suuriksi, jolla on puolestaan yhteys virhealttiuden kasvamiseen. BellCoren jatkokehitystyön tuloksena syntyivät IN/1 ja IN/2 konseptit. Näiden konseptien pohjalta syntyi AIN(Advanced Intelligent Network), joka laadittiin palvelu-, keskus- ja laitteistoriippumattomaksi. 1989 myös ITU-T alkoi suunnittelemaan omia suosituksiaan älyverkko arkkitehtuurista pohjautuen laajalti AIN:iin. [1,2]

3 Älyverkko palvelut

3.1 Yleistä

Älyverkkojen avulla voidaan luoda paljon erilaisia palveluja. Palvelut voidaan jaotella yleisiin palvelu tyyppeihin sen perusteella, mitä ne tarjoavat loppukäyttäjälle tai tilaajalle. Tyyppejä ovat esimerkiksi joustava laskutus, tavoitettavuus, käyttäjäryhmät ja liikkuvuuteen perustuvat palvelut. Älyverkon päällä toteutettaville palveluille tyypillisiä piirteitä ovat suuri joustavuus ja hyvä räätälöitävyys verrattuna perinteisen puhelinverkon päällä toteutettaviin palveluihin [4,2].

Älyverkkopalvelujen peruselementtejä ovat SIB(Service Independent Building Block) palveluelementit. Tietty palvelu voi koostua useammasta tällaisesta perusrakenneosasta. Tällainen mahdollisuus elementtien keskinäiseen yhdistelyyn tuo joustavuutta palveluiden luontiin. [4]

3.2 Joustava laskutus

Joustavaan laskutukseen perustuvia palveluja ovat esimerkiksi puhelukortilla soitto, automaattinen vaihtoehtoinen laskutus, luottokorttipuhelu, ilmaispuhelu, lisämaksullinen palvelu ja puhelun kustannusten jako [5]. Näissä soittaja maksaa puhelustaaan sen mukaan, minne hän soittaa tai vaihoehtoisesti maksu menetelmä eroaa perinteisestä laskutuksestä.

Operaattorit käyttävät ilmaispuheluita mahdollistaakseen sen, että palvelun tarjoajat voivat tarjota ilmaispuheluja tilaajilleen. Ilmaisnumerot tunnistetaan tietyllä etunumerolla, esimerkiksi 0800 tai 9800, jonka perään liitetään varsinainen numero. Yritys voi myös älyverkkojen avulla erotella eri hintaisia palveluja asiakkailleen sen perusteella mihin numeroon soitetaan. Tämä on tyypillistä yrityksille, jotka tarjoavat eritasoisia asiakaspalveluja.

Premium Rate -palvelun avulla asiakkaat soittavat tiettyyn numeroon saadakseen informaatiota. Tällaisen puhelun yhteydessä laskutus ohjataan soittavalle henkilölle. Puhelut on yleesnä hinnoiteltu siirtyvän asiasisällön perusteella. [4]

Joustavan laskutuksen piiriin kuuluu myös luottokorttipuhelut. Tällöin päätelaite lukee käyttäjän luottokortin ennen puhelua, jonka jälkeen laskutus voidaan hoitaa luottokorttiyhtiön välityksellä. Toinen vaihtoehto on käyttää palvelua ilman luottokorttia siten, että ennen puhelua käyttäjä näppäilee tunnuksen ja salasanan. Näiden avulla laskutus tapahtuu käyttäjän tililtä. [4]

Eräs tapa hoitaa puheluiden maksaminen on tehdä se etukäteen. Tällöin asiakasta ikäänkuin laskutetaan reaaliaikaisesti puhelun yhteydessä. Toisaalta voidaan myös käyttää hyväksi palvelua, joka rajoittaa soittamista. Tällöin puheluja voidaan soittaa vain niin kauan, kunnes niiden hinnaksi on tullut joku tietty summa, joka on määritelty puhelujen ylähintarajaksi. Tätä voidaan käyttää hyväksi esimerkiksi lainattaessa puhelinta toiselle osapuolelle.

3.3 Tavoitettavuus ja liikkuvuus

Henkilökohtaisen numeron avulla käyttäjä voidaan aina tavoittaa samasta numerosta. Tällaisessa palvelussa soitto esimerkiksi siirretään toiseen kohteeseen tietyn soittoyritys määrän jälkeen (esimerkiksi kännykästä puhelinvastaajaan). Tällöin puhelinnumero yhdistetään johonkin henkilöön eikä tiettyyn paikkaan. [4]

Puhelinnumeron liikkuvuutta voidan katsoa sekä maantieteellisestä näkökulmasta, että operaattorin kannalta. Maantieteellisestä numeron siirtämisestä on hyötyä esimerkiksi, kun yritys muuttaa ja haluaa säilyttää vanhat puhelinnumeronsa. Operaattorin kannalta taas on kysymys siitä, että yritys voi pitää vanhat numeronsa, vaikka operaattori vaihtuu. Joskus operaattoreita vaaditaan tarjoamaan tällainen palvelu.

3.4 Käyttäjäryhmät

VPN(Virtual Private Network):n avulla voidaan tarjota palveluja suljetuille käyttäjäryhmille. Palveluun kuuluu muun muassa yleisestä puhelinverkosta eroavat numerot ja erilainen laskutus. VPN mahdollistaa sen, että maantiteellisesti laajalle alueelle voidaan toteuttaa yritysverkko. Palvelun avulla sisäisiä numeroita voidaan käyttää myös kansainvälisissä yhteyksissä. [4]

Joustavan puhelinnumeroiden muodostamisen avulla voidaan jakaa yksi numerointi menetelmä useiden eri verkkojen käyttäjien kesken. Tätä voidaan hyödyntää esimerkiksi silloin, kun kiinteää puhelinverkkoa on mahdotonta asentaa vaikkapa maantieteellisten seikkojen takia. Tällöin voidaan käyttää kännyköissä kiinteän puhelinverkon numerointijärjestelmää.

3.5 Massapuhelut

Massapuheluissa on kyse siitä, että ihmiset soittavat tiettyyn numeroon esimerkiksi antaakseen äänensä äänestyksessä tai osallistuakseen johonkin kilpailuun. Yleensä tällaisiin palveluihin liittyy joku hinta, joka laskutetaan käyttäjältä. Massapuheluiden yhteydessä on myös tärkeää olla olemassa kontrollointi mekanismi, jonka avulla voidaan ylläpitää toimintaa, vaikka puheluita tuleekin valtavasti samaan aikaan. [4]

3.6 Muita palveluja

Sijaintiin perustuvissa palveluissa otetaan huomioon soittajan sijainti esimerkiksi laskutuksen yhteydessä. Tietyillä alueilla voidaan esimerkiksi määrätä lisämaksuja. Erilaisia laskutusmenetelmiä voidaan myös tehdä vuorokauden aikaan perustuen. [4]

On myös olemassa palvelu, jonka avulla voidaan esimerkiksi kokouksen aikana päästää läpi vain kaikkein tärkeimmät puhelut ja ohjata muut puhelinvastaajaan. Lisäksi voidaan tarjota yksityisyyttä työntekijälle kotona hänen sijaintipaikkansa perusteella. Tällöin puhelut ohjataan esimerkiksi vastaajaan. Lisäksi yritykset voivat käyttää palvelua, jonka avulla työntekijät voivat soittaa samalla puhelimella yksityispuheluja omaan laskuun ja työpuheluja työnantajan laskuun. Puhelujen erottelu tapahtuu varsinaisen puhelinnumeron eteen liitettävän etuliitteen avulla. [4]

4 Älyverkon rakenne ja komponentit

4.1 Älyverkko arkkitehtuuri

Eräs älyverkkojen tärkeä tavoite on tuottaa uusia palveluja tietoliikenneverkkoihin. Tämä tarkoittaa sitä, että verkko halutaan muuttaa ohjelmoitavaksi perustaksi, jonka toimintaa voidaan muuttaa helposti ja joustavasti ulkoisten kontrollointi ohjelmien avulla. Operaattoreilla tulee olla kyky tehdä näitä muutoksia. Jotta älyverkkojen mahdollistamat hyödyt saavutettaisiin tulee palvelun hallintajärjestelmän ja sovellusten olla hyvin integroituja. Tämä tarkoittaa sitä, että koko verkkoa voidaan hallita yhdestä pisteestä ja täten voidaan sitoa vähemmän resursseja. Myöskin kehitys nopeutuu ja muutokset tulevat joustavammiksi. [1,2]

Älyverkko arkkitehtuurin olennainen hyöty on se, että uusia palveluja voidaan toteuttaa keskitetyn tietokannan avulla ilman, että muutoksia täytyy tehdä joka paikkaan erikseen. Koska tietokannoissa on standardisoidut rajapinnat, voidaan palveluja toteuttaa riippumatta tietotokannoissa ja puhelinkeskuksissa käytetystä teknologiasta. Uuden toteutustavan ansiosta uuden puhelinkeskuspalvelun toteutusaika on vähentynyt 2-5 vuodesta muutamaan kuukauteen.

Aikaisemmin tiettyyn puheluun liittyviä valintoja on tehty kaikissa matkalla olevissa puhelinkeskuksissa. Uusien palvelujen tuottaminen on vaatinut muutoksia monissa eri puhelinkeskuksissa. Tämä teki hankalaksi tuottaa jatkuvasti uusia palveluja. Älyverkoissa on yksi tai useampi avainelementti, joka kontrolloi puheluja. Puhelinkeskuksissa voidaan käyttää keskitettyjä toimintoja puhelujen hallintaan. Toimintoja hallitaan erilaisten ohjeiden avulla, joita voi olla esimerkiksi uusi numero, tieto mihin puhelu ohjataan tai puhelun keskeytys.

4.2 Älyverkon komponentit

Älyverkkojen yhteydessä määritellään joukko funktioita, jotka on toteutettava, jotta voidaan saavuttaa mahdollisuus tuottaa halutut palvelut. Toiminnot ovat toteutettu eri komponenteissa, joita ovat Service Switching Point (SSP), Service Control Point (SCP), Intelligent Network Application Protocol (Core INAP), Service Management Point (SMP), Service Creation Environment (SCE) ja Intelligent Peripheral (IP).

4.2.1 SSP

SSP on älyverkon kytkentäpiste. Se on verkossa käytetty digitaalinen puhelinkeskus, joka toimii älyverkon vaatimalla tavalla. SSP:ssa puhelut kytketään SCP:ltä saatujen kytkentätietojen mukaisesti. SSP tunnistaa kaikki käyttäjän palvelu pyynnöt ja kommunikoi älyverkon kanssa voidakseen suorittaa halutut toiminnot. Täten SSP on palveluista riippumaton ja uusia palveluita voidaan toteuttaa verkossa ilman, että SSP:n ohjelmistoja tarvitsee muuttaa. [6]

4.2.2 SCP

SCP on yksi älyverkkojen tärkeimmistä osista. SCP:ssä sijaitsee älykkyys, jota tarvitaan älyverkkopalvelujen kontrolloimiseen. Se sisältää palveluiden tarjoamiseen tarvittavat logiikkaohjelmat ja keskitetyn tietokannan. SCP on optimoitu nopeaksi ja suorituskyvyltään tehokkaaksi. Jotta palveluista voitaisiin tehdä luotettavampia, useat SCP:t voivat sisältää samat ohjelmat. Tämä myöskin tasaa kuormitusta. [6]

4.2.3 SMP

SMP:n avulla hoidetaan älyverkkojen palvelujen hallintaa ja asiakas kontrollia. SMP tarjoaa toimintoja, joiden avulla verkkooperaattorit hoitavat ja kontrolloivat älyverkkopalvelujen ominaisuuksia, palvelun tilaajien tietoja ja palvelujen konfigurointeja. SMP taltioi esimerkiksi tilaajien laskutustietoja [6]. Lisäksi SMP:n avulla voidaan kullekin asiakkaalle muodostaa juuri hänen tarkoituksiinsa sopiva älyverkkopalvelu.

4.2.4 IP

IP on älykäs päätelaite. Sen avulla voidaan välittää tiedonantoja puhelujen osapuolille. Sen avulla mahdollistuu myös interaktiiviset yhteydet, joiden avulla äänitaajuusvalintaisella puhelimella voidaan suorittaa valintoja ja lisätietoja. [4]

4.2.5 SCE

SCE on palvelujen luontiympäristö, joka tarjoaa palvelut uusien palvelujen nopeaan luontiin käyttäen oliosuuntautunutta ohjelmointitekniikkaa. Käytössä on myös uudenaikaisia rakennusosia, joita voidaan hallita graafisen käyttöliittymän avulla. SCE:n avulla palveluja voidaan myös simuloida ennen niiden käyttöönottoa. [5]

4.2.6 Core INAP

ETSI on standardisoinut Core INAP:n tukemaan älyverkkojen toimintaa. Nämä määritelmät ovat kuitenkin puutteellisia tukemaan tavalliseen puhelinverkkoon liittyvää informaation kulkua tai langattoman verkon tiedonsiirtoa. Tämän takia niitä täydennetään tarpeen mukaan vastaamaan kulloisiakin tarpeita.