Q.2931

Q.2931 — это рекомендация Международного союза электросвязи (МСЭ-Т, ITU-T), определяющая протокол сигнализации для установления и разъединения соединений в сетях с асинхронным режимом передачи (ATM). Протокол Q.2931 относится к сигнализации на интерфейсе «пользователь-сеть» (UNI) и является частью более широкого семейства протоколов сигнализации Q.93x, разработанных для сетей с интеграцией услуг (ISDN) и их широкополосной версии (B-ISDN). Стандарт был принят в 1995 году и впоследствии дополнен рядом поправок, расширяющих его функциональность, включая поддержку виртуальных частных сетей и сигнализации «точка-многоточка».

История и контекст разработки

Разработка Q.2931 была обусловлена необходимостью стандартизации сигнализации для широкополосных цифровых сетей с интеграцией услуг (B-ISDN), которые базировались на технологии ATM. В 1980-х годах МСЭ-Т разработал протокол Q.931 для узкополосных сетей ISDN (N-ISDN), который обеспечивал базовые функции установления, поддержания и разъединения соединений. С появлением ATM, способного передавать данные, голос и видео с высокой скоростью и гарантированным качеством обслуживания (QoS), потребовался новый протокол сигнализации, адаптированный к особенностям ячеек ATM и виртуальных каналов.

Работа над Q.2931 началась в рамках исследовательской комиссии МСЭ-Т SG 11 (Study Group 11). Первая версия стандарта была одобрена в 1995 году как «Рекомендация ITU-T Q.2931 — Цифровые абонентские системы сигнализации № 2 (DSS 2) — Сигнализация для установления и разъединения соединений в широкополосных ISDN (B-ISDN)». Впоследствии вышли поправки (Amendments), уточняющие процедуры для поддержки мультимедиа, виртуальных частных сетей и сигнализации с использованием постоянных виртуальных каналов (PVC).

Основные характеристики и архитектура

Q.2931 является протоколом прикладного уровня модели B-ISDN, работающим поверх протокола сигнализации ATM (SAAL — Signalling ATM Adaptation Layer). Он использует модель «клиент-сервер», где пользовательское оборудование (клиент) инициирует запросы на установление соединения, а сетевое оборудование (сервер) обрабатывает их и управляет ресурсами.

Ключевые особенности протокола:

• Ориентация на соединение: Q.2931 устанавливает виртуальные каналы (VC) с заданными параметрами трафика и QoS.
• Поддержка различных типов соединений: «точка-точка» (базовый режим), «точка-многоточка» (с добавлением поправок), а также симметричные и асимметричные соединения.
• Гибкая адресация: использует адреса формата E.164 (телефонные номера) или ATM-адреса (AESA — ATM End System Address), состоящие из 20 байт.
• Управление качеством обслуживания: позволяет задавать классы обслуживания (CBR, VBR, ABR, UBR) и параметры трафика (пиковая, средняя скорость, допустимая потеря ячеек).

Архитектура сигнализации

Протокол реализуется в рамках стека протоколов B-ISDN. Нижние уровни включают:

• Физический уровень: передача ячеек ATM (например, по оптоволокну или медным кабелям).
• Уровень ATM: коммутация и мультиплексирование ячеек.
• Уровень адаптации ATM (AAL): подуровень сигнализации SAAL, который обеспечивает надежную передачу сообщений Q.2931.

Q.2931 работает на уровне управления (Control Plane) и взаимодействует с функциями управления соединениями (Connection Admission Control — CAC) и маршрутизацией.

Структура сообщений и процедуры

Формат сообщений

Сообщения Q.2931 имеют общий заголовок и набор информационных элементов (IE). Каждое сообщение начинается с поля «Discriminator» (отличитель протокола), затем следуют:

• Call Reference (идентификатор вызова) — уникальный номер соединения в рамках интерфейса.
• Message Type (тип сообщения) — определяет назначение сообщения (например, SETUP, CALL PROCEEDING, CONNECT, RELEASE).
• Message Length (длина сообщения).
• Переменное количество информационных элементов (IE), таких как:
• Called Party Number (номер вызываемого абонента).
• Calling Party Number (номер вызывающего абонента).
• Broadband Bearer Capability (широкополосная способность несущей) — описывает тип трафика (голос, видео, данные).
• ATM Traffic Descriptor (дескриптор трафика ATM) — параметры QoS.
• Quality of Service Parameter (параметр качества обслуживания) — класс QoS.

Основные процедуры

Процесс установления соединения по Q.2931 включает несколько этапов:

1. Инициирование: пользовательское оборудование (например, маршрутизатор или терминал) отправляет сообщение SETUP на сетевой интерфейс. В нем указываются адрес назначения, параметры трафика и QoS.
2. Обработка: сетевое оборудование (коммутатор ATM) проверяет доступность ресурсов и маршрут. Если ресурсы выделены, отправляется сообщение CALL PROCEEDING.
3. Подтверждение: при успешном установлении соединения вызываемый абонент отправляет сообщение CONNECT, которое подтверждается сообщением CONNECT ACKNOWLEDGE.
4. Передача данных: после установления виртуального канала начинается передача ячеек ATM.
5. Разъединение: любая сторона может инициировать разрыв соединения, отправив сообщение RELEASE. Сеть подтверждает это сообщением RELEASE COMPLETE.

Процедуры для соединений «точка-многоточка» (добавленные в поправках) включают дополнительные сообщения ADD PARTY и DROP PARTY, позволяющие динамически добавлять или удалять участников мультимедийной конференции.

Применение и значение

Q.2931 широко использовался в сетях ATM в конце 1990-х — начале 2000-х годов, когда технология ATM была основой для магистральных сетей операторов связи и корпоративных сетей. Протокол применялся для:

• Установления коммутируемых виртуальных каналов (SVC) в сетях ATM, что позволяло динамически создавать соединения по запросу (например, для передачи голоса по IP или видео по требованию).
• Интеграции с ISDN: Q.2931 обеспечивал совместимость с узкополосными сетями ISDN через протокол Q.931, что позволяло использовать существующую инфраструктуру.
• Поддержки мультимедийных услуг: видеоконференции, передача потокового видео, удаленное обучение.

С развитием технологий IP (MPLS, Ethernet) и переходом к пакетным сетям, ATM постепенно уступил позиции. Однако Q.2931 остался важным этапом в эволюции телекоммуникационных протоколов, заложив основы для более современных систем сигнализации, таких как SIP (Session Initiation Protocol) и H.323.

Критика и ограничения

Несмотря на функциональность, Q.2931 имел ряд недостатков:

• Сложность реализации: из-за большого числа информационных элементов и процедур, реализация требовала значительных ресурсов.
• Низкая масштабируемость: для крупных сетей с тысячами соединений протокол создавал значительную нагрузку на управляющие системы.
• Ограниченная поддержка мобильности: протокол был ориентирован на стационарные терминалы и не предусматривал процедур хэндовера (передачи обслуживания между коммутаторами).
• Конкуренция с IP-сигнализацией: с распространением IP-сетей, протоколы на основе TCP/IP (например, SIP) оказались более гибкими и простыми в интеграции.

Интересные факты

• Q.2931 является частью семейства протоколов DSS 2 (Digital Subscriber Signalling System No. 2), которое также включает Q.2951 (управление дополнительными услугами) и Q.2961 (управление ресурсами).
• В некоторых странах (например, в Японии) сети ATM с сигнализацией Q.2931 использовались для предоставления услуг широкополосного доступа в интернет в конце 1990-х годов.
• Стандарт Q.2931 был адаптирован для использования в системах спутниковой связи (например, в проекте «Глобалстар»), где требовалась высокая надежность и гарантированное качество обслуживания.

Источники

• ITU-T Recommendation Q.2931 (1995) — Digital Subscriber Signalling System No. 2 (DSS 2) — Signalling for the establishment and release of connections in B-ISDN.
• ITU-T Recommendation Q.2931 Amendment 1 (1997) — Support of point-to-multipoint connections.
• ITU-T Recommendation Q.2931 Amendment 2 (1999) — Support of virtual private networks.
• «ATM: Foundations and Applications» by Uyless Black (1998) — описание протоколов сигнализации ATM.
• «Broadband ISDN and ATM» by John M. Griffiths (1995) — обзор архитектуры B-ISDN и протоколов Q.2931.