Размещено на http://www.allbest.ru/

2

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ИЖЕВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

ОБЩЕКАНАЛЬНАЯ СИСТЕМА СИГНАЛИЗАЦИИ № 7

В двух частях Часть 1. Подсистема передачи сообщений

В.М. Прозоров, А.И. Стебленко

Ижевск 2003

Оглавление

Введение

1. Сигнализация в сетях связи

1.1 Виды сигнализации

2. Сигнализация по общему каналу

2.1 Принцип работы

2.2 Модель взаимодействия открытых систем

2.3 Компоненты сети с общим каналом сигнализации

3. Подсистема передачи сообщений

3.1 Функциональная структура

3.2 Уровень 1 подсистемы передачи сообщений (МТР)

3.3 Уровень 2 подсистемы передачи сообщений (МТР)

3.3.1 Сигнальные единицы

3.3.2 Методы исправления ошибок

3.3.3 Функции и процедуры уровня 2

3.4 Уровень 3 подсистемы передачи сообщений (МТР)

3.4.1 Функция обработки сигнальных сообщений

3.4.2 Функции управления сетью сигнализации

4. Маршрутизация в сети ОКС №7

Заключение

Контрольные вопросы

Приложение 1 Рабочие характеристики МТР

Приложение 2 Требования к задержкам сигнальных сообщений

Приложение 3 Расчет сигнальной нагрузки

Приложение 4 Взаимодействие функций и процедур уровня 3 МТР при возникновении отказов на сети ОКС № 7

4.1 Повышенная степень ошибок

4.2 Отказ звеньев сигнализации

Список сокращений

Список литературы

Введение

сигнализация сеть сообщение канал

В настоящее время система общеканальной сигнализации № 7 (ОКС № 7) является принятым во всём мире стандартом для международной и национальных сетей электросвязи. Такое положение обусловлено, в первую очередь, теми преимуществами, которыми обладает данный протокол по сравнению с ранее разработанными системами сигнализации. Характерными особенностями протокола ОКС № 7 являются: высокая надежность передачи информации; многоуровневая структура, позволяющая модернизировать отдельные компоненты протокола, не затрагивая других его частей; наличие универсальной транспортной платформы для обслуживания различных приложений пользователя (телефония, цифровые сети с интегрированными службами - ЦСИС, сети мобильной связи и т.д.).

Первые спецификации протокола ОКС № 7, разработанные CCITT (в настоящее время МСЭ - Международный союз электросвязи), были опубликованы еще в начале 1980 г. С тех пор стремительное развитие микропроцессорной техники и компьютерных технологий привело к значительным качественным изменениям в сфере телекоммуникаций: повсеместное использование цифровых систем передачи и цифровых систем коммутации, появление новых услуг электросвязи (ЦСИС, сети мобильной связи, интеллектуальные сети и т.д.). Поэтому в 1984 г. протокол ОКС № 7 был дополнен подсистемой управления соединениями сигнализации (SCCP), а в 1988 г. - подсистемой возможностей транзакций (ТСАР).

Данное учебное пособие является первой частью курса лекций по теме «Общеканальная система сигнализации № 7». Учебное пособие построено следующим образом: в первой главе приведен краткий обзор существующих систем сигнализации, рассмотрены преимущества протокола ОКС № 7 по сравнению с предшествующими протоколами; во второй главе рассматриваются функциональная структура протокола ОКС № 7, основные компоненты и способы построения сетей сигнализации; третья глава целиком посвящена описанию подсистемы передачи сообщений МТР (универсальной транспортной платформы протокола ОКС № 7, предназначенной для обслуживания различных прикладных приложений); в четвертой главе рассмотрены вопросы маршрутизации сообщений в сети ОКС; данное учебное пособие также включает четыре приложения.

1. Сигнализация в сетях связи

1.1 Виды сигнализации

Обычно сети связи соединяют два оконечных абонентских блока через несколько линейных участков и коммутаторов (АТС) для обмена сообщениями (речь, данные, текст или изображение). Для управления вызовами и использования услуг между различными участками сети должна передаваться сигнальная информация. Совокупность всей сигнальной информации, используемой в процессе установления и разъединения соединения, называют сигнализацией.

Значение сигнализации для сетей связи аналогично нервной системе человека. Очень емко определение сигнализации дано Росляковым А.В. [2]: «Под сигнализацией в сетях связи понимается совокупность сигналов, передаваемых между элементами сети для обеспечения установления и разъединения соединения при обслуживании вызовов, а также для передачи различной служебной информации».

По традиции и в зависимости от участка сети сигнализация по типу делится на три вида (рис. 1.1.1):

* абонентская - между абонентским терминалом и локальной коммутационной станцией;

* внутристанционная - между различными функциональными узлами внутри коммутационной станции;

* межстанционная - между различными коммутационными станциями в сети.



Рис. 1.1.1 Виды сигнализации: I - абонентская; II - внутристанционная; III - межстанционная

Абонентская сигнализация обеспечивает передачу сигнала «ответ АТС», набор цифр номера вызываемого абонента, передачу сигнала «контроль посылки вызова» и т.д. и рассматривается в отдельном курсе.

Внутристанционная сигнализация является спедафической для каждого типа станций и определяется архитектурой и принципами построения АТС.

Межстанционная сигнализация, в зависимости от способов передачи информации, делится на три основных класса:

1. Внутриполосные системы сигнализации - сигналы взаимодействия передаются непосредственно по ра!говорному тракту внутри полосы пропускания телефонного канала, например, с помощью токов тональной частоты 300...3 400 Гц, индуктивных импульсов постоянным током и т.д. (рис. 1.1.2).

2. Индивидуальный выделенный сигнальный канал (ВСК) - для каждого телефонного канала выделяются индивидуальные средства передачи сигнальной информации, например: 16-й временной интервал первичного цифрового потока, выделенный частотный канал вне полосы разговорного канала на частоте 3 825 Гц и т.д. В системах сигнализации второго класса пути передачи сигнальной информации и соответствующего ей разговора совпадают на уровне каналов, но разделены внутри коммутационной станции (рис. 1.1.3).



Рис. 1.1.2 Сигнализация по телефонному каналу

До середины 60-х гг. применялись системы межстанционной сигнализации этих двух классов. Как говорилось выше, данные системы характеризуются наличием фиксированного сигнального пути для каждого разговорного тракта, проходящего либо непосредственно по разговорному каналу (внутриканальная сигнализация), либо по каналу, физически совмещенному с ним (сигнализация по выделенному каналу).

Слабые стороны обоих вариантов:

* недостаточная гибкость,

* низкая скорость,

* высокая стоимость,

* ограниченная пропускная способность.

Основной способ их преодоления сводится к формированию сети сигнализации, логически отделенной от базовой (информационной) сети связи. В этом случае процессы установления/разъединения соединений для каждого вызова осуществляются быстрее, а ресурсы каналов передачи несигнальной информации освобождаются для полезной нагрузки. Таким видом сигнализации является третий класс сигнализации.

3. Общеканальная сигнализация - тракт передачи сигнальной информации используется одновременно для целого пучка телефонных каналов по принципу адресно-группового использования, т.е. информационные сигналы передаются в соответствии со своими адресами (рис. 1.1.4).

Рис. 1.1.3 Сигнализация по выделенному сигнальному каналу с раздельными блоками коммутации и управления

При использовании этих способов сигнализации возможна передача следующих категорий сигналов:

* абонентских сигналов, информирующих абонентов о состоянии соединения (акустические и зуммерные сигналы) и используемых для передачи адресной информации;

* линейных сигналов, управляющих разговорным трактом по каналам связи между станциями; данные сигналы отмечают все основные этапы установления/разъединения соединения и передаются как в прямом, так и в обратном направлениях;

* сигналы маршрутизации, предоставляющие адресную информацию для маршрутизации вызовов к месту назначения (номер вызываемого абонента, категория вызова и т.п.).

Адресная информация может передаваться двумя методами:

* «от узла к узлу», согласно которому полная адресная информация посылается к каждой станции на пути соединения;

* «из конца в конец» - согласно этому методу осуществляется сквозная сигнализация: станция А передает только ту часть информации на станцию 5, которая необходима только для маршрутизации к станции С; для дальнейшей маршрутизации станция С запрашивает, а станция А передает необходимую информацию для маршрутизации к следующей станции D и т.д.

1.2 Стандартные системы сигнализации

Рассмотренные ранее три класса систем сигнализации соответствуют трем периодам развития телефонных сетей.

Системы внутриполосной сигнализации ассоциируются с декад-но-шаговыми станциями, в которых реализован принцип непосредственного управления. Такие станции совмещают функции управления и коммутации и состоят из отдельных ступеней искания, каждая из которых имеет собственный механизм управления. Все функциональные сигналы передаются по индивидуальному речевому тракту, а для кодирования сигналов сигнализации используется одна или несколько частот, лежащих в спектре стандартного телефонного сигнала. К первому периоду относятся системы сигнализации № 1-3.

Рис. 1.1.4 Сигнализация по общему каналу

Второй класс сигнализации связан с появлением на телефонных сетях станций координатной системы с разделенными блоками коммутации и управления (с косвенным управлением). В этом случае вместо ступеней искания шаговых станций используются коммутационные блоки, а процессы установления и разъединения соединения осуществляются управляющими устройствами (регистрами и маркерами). Все это потребовало увеличения количества передаваемых управляющих сигналов, повышения скорости и достоверности передаваемой информации. Этим требованиям вполне удовлетворяли системы сигнализации № 4-5.

Третий период развития телефонных сетей совпадает с периодом проникновения вычислительной техники во все сферы человеческой деятельности. Развитие микроэлектроники позволило создать АТС с программным управлением на базе управляющих вычислительных комплексов. Специализированное программно-аппаратное оборудование этих АТС позволило обеспечить передачу управляющих сигналов по общему (для большого числа речевых трактов) каналу сигнализации с применением пакетных средств передачи данных. Первый вариант такого типа сигнализации (ОКС № 6) был утвержден МККТТ в 1968 г. Однако эта система сигнализации имела следующие недостатки:

* недостаточная помехоустойчивость;

* проблемы при работе на каналах с большим временем распространения сигнала;

* недостаточная гибкость.

Устранение существующих недостатков и доработка к требованиям по выполнению дополнительных функций привели к созданию системы сигнализации, которая и была утверждена МККТТ в 1980 г. под названием ОКС № 7 (сигнализация по общему каналу № 7).

В Российской Федерации в настоящее время, в связи с многообразием имеющихся типов АТС, используются различные протоколы сигнализации. На рис. 1.2.1 представлена общая классификация систем сигнализации на Взаимоувязанной сети связи Российской Федерации (ВСС РФ).

Согласно Основным положениям развития Взаимоувязанной сети связи РФ на перспективу до 2005 года приоритетной системой сигнализации является ОКС № 7.

Сигнализация по двум выделенным сигнальным каналам

Channel Associated Signaling (CAS)

В данном виде сигнализации сигнальная информация передается по выделенным сигнальным каналам, которые жестко связаны с соответствующими речевыми каналами телефонной связи (рис. 1.2.2), т.е. каждый канал передачи речи или данных связан с собственным, только им используемым каналом сигнализации. Такие системы сигнализации называются децентрализованными.

Одной из разновидностей такой сигнализации является сигнализация 2ВСК (2 выделенных сигнальных канала), которая в настоящее время очень широко используется на ВСС РФ, например, в системах передачи ИКМ-30 (системы передачи с импульсно-кодовой модуляцией).

Рис. 1.2.1 Системы сигнализации

В оборудовании ИКМ-30 30 речевых каналов объединены в один цикл. Для передачи сигнализации используется 16-й временной интервал 32-канальной системы передачи (рис. 1.2.3). Каждый временной интервал содержит 8 бит информации. Нулевой временной интервал цикла используется под сервисное слово для собственных нужд систем передачи. В этом слове передаются сигналы синхронизации, аварии и т.д. Остальные 30 временных интервалов используются для передачи речи или данных.

Передача сигнальной информации для всех 30 речевых каналов производится в 16-м временном интервале цикла. Для этих целей 16 циклов объединяются в один сверхцикл (рис.1.2.4).

Рис. 1.2.2 Принцип децентрализованной сигнализации

Рис. 1.2.3 Временной цикл системы передачи ИКМ-30

Рис. 1.2.4 Структура сверхцикла ИКМ-30

Содержимое 16-х канальных интервалов в каждом цикле сверхцикла разделено на две группы по 4 бита (а, b, с, d и а1,b1, c1, d1) и каждому телефонному каналу соответствует одна из этих 4-битовых групп сверхцикла.

Нулевой цикл сверхцикла определятся комбинацией 0000 в разрядах с 0 по 3 кодового слова 16-го временного интервала (разряды a,b,c,d). Это значение кодового слова используется оборудованием АТС для синхронизации по сверхциклу.

В 5-м разряде этого слова (разряд Y) передаются сообщения об ошибках в сверхцикловой синхронизации. Остальные разряды зарезервированы для дальнейшего использования. В частности, 7-й разряд используется для управления эхозаградителем.

В следующем, первом цикле сверхцикла содержится сигнализация для 1-го (первые четыре бита) и 16-го (17-й временной интервал) телефонных каналов (последние четыре бита).

Во втором цикле уже содержится информация для 2-го и 17-го (18-й временной интервал) телефонных каналов и т.д.

Основные параметры системы ИКМ-30, используемой на отечественных телефонных сетях

Число канальных интервалов (каналов) в цикле 32

Из них:

речевых 30

сигнальных 1

синхронизации 1

Длительность цикла, мкс 125

Длительность интервала, мкс 3,9

Число разрядов в канальном интервале, бит 8

Частота стробкрования, имп/с 8 000

Число уровней квантования 256

Максимальная скорость передачи битов сигнализации, бит/с 2000

Максимальная скорость передачи битов сигнализации определяется следующим образом: 8 000 /16 = 500 - количество появлений сигнализации по одному каналу в секунду;

500 х 4 = 2 000 - количество бит сигнализации по одному каналу в секунду.

2. Сигнализация по общему каналу

2.1 Принцип работы

С появлением систем коммутации с программным управлением стало возможно использовать централизованную систему управления, при которой вся сигнальная информация передается по единому для всех речевых трактов каналу сигнализации (рис. 2.1.1).

В отличие от сигнализация 2ВСК, в ОКС в качестве сигнального канала может быть использован любой временной интервал (за исключением нулевого) из любого тракта ИКМ-30, соединяющего две АТС (рис. 2.1.2).

Рис. 2.1.1 Общий принцип ОКС

Рис. 2.1.2 Выбор канала сигнализации

Передаваемая сигнальная информация группируется в сигнальные сообщения или сигнальные блоки. Сигнальные сообщения, которыми обмениваются АТС, являются пакетными данными переменной длины. Эти пакеты данных передаются в обоих направлениях со скоростью 64 кбит/с. Каждый пакет данных содержит адрес получателя, в котором также указывается, к какому речевому каналу относится сообщение (рис. 2.1.3).

Можно приближенно оценить количество речевых каналов, которые могут быть обслужены одним сигнальным каналом между двумя станциями.

Исходные данные:

1. Средняя продолжительность занятия одного речевого канала

T_eff= 100 с.

2. Рекомендуемая нагрузка одного речевого канала межстанционной связи

А = 0,75 Эрл.

3. В процессе обслуживания одного исходящего вызова передается в среднем 14 значащих сигнальных единиц по 24 байта каждая для ISDN (или по 12 байтов для аналогового абонента) при передаче номера абонента Б по одной цифре.

4. Рекомендуемая допустимая нагрузка, создаваемая сигнальными сообщениями пользователей на звено сигнализации в каждом из направлений, не должна превышать

Y_mах = 0,2 Эрл.



Рис. 2.1.3 Пункты сигнализации, связанные через ОКС

Определим количество речевых каналов, которые может обслужить один сигнальный канал.

1. Количество вызовов, которые обслужит один речевой канал за один час наибольшей нагрузки (ЧНН):

2. Количество байт сигнальной информации, передаваемой по сигнальному каналу:

или 9 072 /2 = 4 536 байт информации в каждом направлении.

3. По одному сигнальному каналу, с учетом рекомендуемой сигнальной нагрузки, в течение одного часа в каждом направлении можно передать,

или 46 080 000 / 8 = 5 760 000 байтов.

4. Теперь можно определить количество речевых каналов, которые может обслужить один сигнальный канал в каждом направлении:



(для аналоговых абонентов - 2 538 речевых канала).

Таким образом, полученная оценка показывает, что один канал общеканальной сигнализации № 7 может обслужить более 2 500 аналоговых соединений или более 1 250 соединений ISDN.

Сигнализация ОКС № 7 отличается следующими характерными особенностями [3]:

* соответствие международным стандартам (возможны национальные варианты);

* пригодность для национального и международного/межконтинентального уровня сети;

* пригодность для различных услуг связи, например: телефонных услуг, услуг передачи текста и данных и т.д.;

* совместимость с сетями связи для предоставления конкретных услуг и с цифровой сетью интегрального обслуживания (ISDN);

* высокая эффективность и гибкость наряду с ориентированной на будущее концепцией, обеспечивающей соответствие новым требованиям;

* высокая надежность передачи сообщений;

* сигнализация по отдельным трактам сигнализации;

* постоянная доступность трактов сигнализации, даже во время вызовов;

* использование трактов сигнализации и для передачи пользовательских данных;

* возможность использования различной среды передачи: кабель (медный, волоконно-оптический); радиорелейные линии связи; спутниковая связь (до двух линий спутниковой связи);

* использование скорости передачи 64 кбит/с, обычной для цифровых сетей;

* автоматический контроль и управление сетью сигнализации (тракты сигнализации + пункты сигнализации).

2.2 Модель взаимодействия открытых систем

Основной проблемой согласования работы АТС различных производителей является обеспечение совместимости протоколов средств связи. Под протоколом понимают правила или соглашения обмена данными между одноименными уровнями разных информационных систем, процедуры обработки информации, форматы пакетов и кадров, правила кодирования информации.

Для решения этой проблемы разработаны разнообразные международные рекомендации и стандарты. Одним из таких стандартов является эталонная модель взаимодействия открытых систем (ВОС).

Многоуровневый комплект протоколов, известный как модель взаимодействия открытых систем (Open System Inter-connection -OSI), разработан в 1984 г. Международной организацией по стандартизации ISO совместно с Сектором стандартизации электросвязи CCITT. Первоначально данная модель была разработана для обеспечения обмена данными между компьютерными системами различных производителей (рис. 2.2.1)

Рис. 2.2.1 Взаимодействие компьютерных систем через OSI

Семиуровневая структура иерархической модели OSI представлена на рис. 2.2.2.



Рис. 2.2.2 Эталонная модель ВОС

Для каждого уровня модель имеет два типа стандартных процедур:

1. Сервисные функции - определяют, какие функции должен содержать каждый уровень и каким сервисом уровень должен обеспечивать пользователя или вышестоящий уровень.

2. Протокольные спецификации - определяют, как функции внутри уровня в одной системе взаимодействуют с соответствующим уровнем в другой системе. Для того чтобы легче понять работу этой абстрактной модели, рассмотрим следующий пример (рис. 2.2.3).

Предположим, что менеджер проекта А желает послать секретное сообщение своему коллеге 5, работающему в другом городе.

Менеджер А пишет секретное сообщение на листе бумаги и передает его своему ассистенту, который является специалистом по кодированию.

Ассистент кодирует сообщение секретным кодом и передает его секретарю.



Рис. 2.2.3 Аналог модели OSI

Секретарь кладет кодированное сообщение в конверт, надписывает адрес получателя и отправителя на конверте и отдает его посыльному.

Посыльный собирает всю исходящую почту компании и несет письмо менеджера А вместе с другими на почту.

На почте письма сортируют по различным направлениям.

После сортировки письма одного направления упаковывают в контейнер или почтовую сумку для обеспечения сохранности.

И уже безразлично, каким видом транспорта (автомобилем, самолетом, поездом и т.д.) будет доставлена почта к месту назначения, где почтовый контейнер получат и зарегистрируют.

В месте назначения контейнер открывают и его содержимое проверяют на предмет возможных потерь или разрушений.

После проверки почту сортируют по различным получателям.

Письмо, вместе с другими посланиями, почтальон приносит по нужному адресу.

Секретарь менеджера В открывает конверт и передает кодированное сообщение ассистенту менеджера В, который также является специалистом по кодированию.

Ассистент декодирует сообщение и передает его менеджеру В.

И наконец-то менеджер В может прочесть письмо, посланное ему его коллегой.

Применительно к системам электросвязи модель OSI служит для того, чтобы четко определить структуру множества функций, поддерживающих информационный обмен между пользователями услуг системы электросвязи, которая, в общем случае, содержит в себе сеть связи. Подход, использованный в модели OSI, предусматривает разделение этих функций на семь «слоев» (layers), или «уровней», расположенных один над другим. С точки зрения любого уровня все нижележащие уровни предоставляют ему «услугу транспортировки информации», имеющую определенные характеристики. То, как реализуются нижележащие уровни, для вышележащих уровней не имеет значения. С другой стороны, для нижних уровней безразличны как смысл поступающей от верхних уровней информации, так и то, с какой целью она передается (рис. 2.2.4).

Такой подход предусматривает стандартизацию интерфейсов между смежными уровнями, благодаря чему реализация любого уровня становится независимой от того, каким образом реализуются остальные уровни. Эталонная модель ВОС имеет 7 уровней.

Рис. 2.2.4 Распределение информации между уровнями

Уровень 7 (прикладной уровень) определяет семантику, т.е. смысловое содержание информации, которой обмениваются пользователи. Этот уровень обеспечивает необходимыми сервисами пользователей для поддержки процессов их приложений и для управления всеми взаимодействиями между приложениями. Имеются, например, протоколы для передачи файлов, управления сообщениями, справочники сервиса и операций. Поскольку это самый верхний уровень модели OSI, он не имеет верхней границы.

Уровень 6 (уровень представлений) производит преобразование из одной формы в другую синтаксиса транспортируемых данных. Этот уровень определяет, как данные могут быть перепредставлены, т.е. синтаксис. Уровень представлений трансформирует синтаксис приложений пользователя в общий синтаксис, необходимый для взаимодействия между приложениями. Это может быть, например, преобразование ASCII в EBCDIC и обратно.

Уровень 5 (уровень сеанса) обеспечивает координацию («внутри» каждой связи) взаимодействия между прикладными процессами. Этот уровень устанавливает соединения между уровнями представлений различных систем. Он также управляет этим соединением, синхронизирует диалоги и разъединения. Например, он разрешает уровню представлений определить контрольные точки, из которых стартует перепередача, если данные передачи были искажены. Приведем примеры возможных режимов взаимодействия, которые поддерживаются уровнем 5: дуплексный, полудуплексный или симплексный диалог.

Уровень 4 (транспортный уровень) осуществляет «сквозную» (от одного конечного пользователя до другого) оптимизацию использования ресурсов (т.е. сетевых услуг) с учетом типа и характера связи, избавляя своего пользователя от необходимости принимать во внимание какие бы то ни было детали, связанные с переносом информации. Этот уровень гарантирует, что особенности сервиса, запрошенные приложением, будут обеспечены. Транспортный уровень оптимизирует коммуникационные данные., т.е. мультиплексирует, или разделяет, поток данных перед его доставкой сети. Этот уровень всегда оперирует со всей связью в целом, дополняя, если это требуется, функции уровня 3 в части обеспечения конечным пользователям нужного качества услуг.

Уровень 3 (сетевой уровень) формирует так называемые сетевые услуги, маршрутизацию и коммутацию соединений, обеспечивающие перенос через сеть информации, которой обмениваются пользователи открытых систем, размещенных в разных (и, в общем случае, несмежных) узлах сети. Сервис базового сетевого уровня обеспечивает прозрачный канал для передачи данных между транспортными уровнями в различных системах. Этот уровень устанавливает, обслуживает и разрушает соединения между системами, управляет адресацией и маршрутизацией каналов.

Уровень 2 (уровень звена данных) формирует двусторонний канал связи (т.е. прямое звено связи между смежными узлами сети), используя для этого два предоставляемых первым уровнем цифровых канала с противоположными направлениями передачи. Этот уровень обеспечивает свободный от ошибок канал точка-точка между смежными сетевыми уровнями. Уровень содержит ресурсы ддя обнаружения и корректировки ошибок, управления потоком данных и повторами передачи данных. Важнейшими функциями второго уровня являются обнаружение и исправление ошибок, которые могут возникнуть на первом уровне, что делает независимым качество услуг этого уровня от качества получаемых «снизу» услуг передачи.

Уровень 1 (физический уровень) обеспечивает прозрачную передачу потока битов по каналу, организованному между смежными узлами сети с использованием той или иной передающей среды, и формирует интерфейс с этой средой. Этот уровень снабжает механическими, электрическими, функциональными и процедурными ресурсами для активизации, управления и блокировки физических каналов с целью передачи битов между уровнями звена данных. Физический уровень содержит функции для конвертации данных в сигналы, совместимые со средой передачи. Характеристики передачи определяются свойствами этого канала и от функций первого уровня не зависят.

Таким образом, функции уровней 1-3 обеспечивают транспортировку информации из одного пункта территории в другой (возможно, более чем через одно звено, т.е. с коммутацией), поэтому связаны с отдельными элементами сети связи и с ее внутренней структурой. Функции уровней 4-7 относятся только к «сквозной» связи между конечными пользователями и определены таким образом, что они не зависят от внутренней структуры сети.

Первые спецификации системы сигнализации Х« 7 были опубликованы в начале 1980 г. в Белой книге ССГГТ за несколько лет до презентации модели OSI [7]. Система сигнализации № 7, представляющаяся видом пакетной коммутации данных взаимодействия, была также структурирована в модульном виде. Она очень похожа на модель OSI, но с четырьмя уровнями вместо семи.

Три нижних уровня формируют уровень передачи сообщений (Message Transfer Part - МТР), а четвертый уровень содержит пользовательскую часть. В качестве иллюстрации можно привести рис. 2.2.5, демонстрирующий работу протокола ОКС № 7 как аналога работы почтовой службы: подсистема передачи сообщений (МТР) выполняет функции транспортировки/доставки сообщений. Таким образом, МТР является единой универсальной платформой для различных подсистем пользователей (услуги телефонии, ISDN, сотовая связь, интеллектуальные сети и т.д.).

Рис. 2.2.5 Пояснение работы протокола ОКС № 7

Главное отличие между первой версией ОКС № 7 и моделью OSI заключалось в коммуникационном процессе в сети.

Модель OSI описывает обмен данными, ориентированными на соединение. Процесс взаимодействия охватывает три стадии: установление соединения, передачу данных и разъединение.

МТР была создана для работы только в режиме реального времени и не обеспечивает сетевых услуг, ориентированных на виртуальное соединение.

Для того чтобы удовлетворить потребность в расширенных сервисах различных приложений, в 1984 г. была добавлена подсистема управления соединениями сигнализации (Signaling Connection Control Part - SCCP) в Красной книге CCITT.

SCCP предлагает оба вида сетевого транспортного сервиса: как ориентированного, так и не ориентированного на соединение, тем самым обеспечивается интерфейс между транспортным и сетевым уровнем. SCCP делает возможным использовать систему сигнализации № 7, базирующуюся на МТР, в качестве носителя между приложениями, которые используют OSI-протоколы для обмена информацией в верхних уровнях модели (рис. 2.2.6).

В 1988 г. в Голубой книге CCITT был введен протокол для подсистемы возможностей транзакций (Transaction Capabilities Part -ТС АР) и подсистемы технического обслуживания и эксплуатации (Operation Maintenance Application Part - ОМАР).

Рис. 2.2.6 Соответствие между ОКС № 7 и OSI

В итоге базовая функциональная модель ОКС № 7 состоит из двух основных частей (рис. 2.2.7):

* подсистемы пользователей и приложений;

* подсистемы передачи сообщений (Message Transfer Part - МТР).

Рис. 2.2.7 Базовая функциональная модель ОКС № 7

Подсистемы пользователей предназначены для обеспечения соответствующих услуг связи и могут быть реализованы в различных версиях в зависимости от протоколов верхних уровней.

Подсистема передачи сообщений МТР является единой транспортной платформой, над которой расположены подсистемы пользователей и приложений (рис. 2.2.8).

Рис. 2.2.8 Функциональные подсистемы ОКС № 7

МТР - подсистема передачи сообщений; SCCP - подсистема управления соединениями сигнализации; ТСАР - подсистема возможностей транзакций; ISUP - подсистема пользователя с интеграцией служб; ОМАР - подсистема эксплуатации и технического обслуживания; MUP - подсистема пользователя мобильной связи стандарта GSM; INAP -подсистема пользователя интеллектуальной сети

Подсистема передачи сообщений (МТР) обеспечивает надежную передачу сигнальной информации между различными подсистемами пользователя, являясь полностью независимой от содержания сообщений. Это означает, что сообщения передаются без ошибок (все искажения должны быть устранены до того, как они попадут в принимающую подсистему пользователя), в правильной последовательности, без потерь и без дублирования.

Основные задачи, решаемые МТР:

* сохранность пакетов данных в сигнальных звеньях при передаче между пунктами сигнализации;

* распределение полученных сигнальных сообщений между пользователями;

* маршрутизация пакетов данных ОКС № 7 по звеньям сигнализации. Основные задачи, выполняемые подсистемой пользователей:

* генерация пользовательских сообщений;

* анализ и выполнение сигнальных сообщений, полученных в пакетных данных ОКС № 7.

Информация, предаваемая в пакетных данных ОКС № 7, управляет следующим:

* установлением и разъединением соединений речевых каналов;

* имплентацией дополнительных видов сервиса;

* администрированием и управлением речевых трактов.

2.3 Компоненты сети с общим каналом сигнализации

Сеть связи, обслуживаемая ОКС, состоит из узлов коммутации и обработки, соединенных звеньями передачи. В контексте сигнализации узлы сети связи,, использующие ОКС (рис. 2.3.1), рассматриваются как пункты сигнализации (Signalling Point - SP). Все сигнальные пункты в сети ОКС № 7 идентифицируются уникальным 14-битовым кодом (США и Китай -- 24-битовый), называемым кодом сигнального пункта (Signaling Point Code - SPC).

Пункты сигнализации (SP) могут быть как источниками, так и приемниками трафика сигнализации. Исходящие пункты (Originating Point) генерируют сообщения. Пункты назначения (Destination Point) принимают и обрабатывают сообщения. В сетях связи пунктами сигнализации являются прежде всего коммутационные станции.

Транзитные пункты сигнализации (STP) коммутируют принятые сигнальные сообщения к другому транзитному пункту сигнализации (STP) или к пункту сигнализации (SP) на основании адреса пункта назначения. В транзитном пункте сигнализации обработка вызовов для сигнальных сообщений не выполняется. Транзитный пункт сигнализации может быть интегрирован в пункт сигнализации (например, на станции) или может представлять собой обособленный узел в сети сигнализации. В сети сигнализации в зависимости от ее размера могут быть представлены один или несколько уровней транзитных пунктов сигнализации. Все пункты сигнализации в сети сигнализации определяются кодом в структуре соответствующего плана нумерации и, следовательно, могут непосредственно адресоваться в сигнальном сообщении.

Рис. 2.3.2 Обозначение SP и STP

Два пункта сигнализации (SP), для которых существует возможность связи между их соответствующими функциями подсистем пользователей, называются пунктами, имеющими сигнальное отношение (Signalling Relation), например две АТС, соединенные пучком разговорных каналов.

Для передачи сигнальных сообщений между двумя сигнальными пунктами система ОКС № 7 использует сигнальные звенья (Signalling Links - SL). Физически SL состоят из сигнальных терминалов и какой-либо передающей среды (обычно любой временной интервал в ИКМ-тракте), соединяющей два сигнальных терминала (рис. 2.3.3). Один и более параллельных сигнальных звеньев (до 16) образуют пучок звеньев (Signaling Link Set).

Два пункта сигнализации, непосредственно соединенные пучком звеньев сигнализации, называются смежными пунктами сигнализации, а не имеющие непосредственной связи - несмежными.

Режим сигнализации (Signalling Modes) - это связь между путем, по которому проходит сигнальное сообщение в сети сигнализации, и путем передачи информации пользователя (речи или данных), к которому относится это сообщение. Пункты сигнализации в сети могут работать в следующих режимах:

1. Связанный режим (Associated Mode) - пути передачи сигнальных сообщений и данных пользователя между двумя соседними пунктами сигнализации совпадают (рис. 2.3.4).

Рис. 2.3.3 Взаимодействие пунктов сигнализации



Рис. 2.3.4 Связанный режим

2. Несвязанный режим - сигнальное сообщение, относящееся к данному сигнальному отношению, передается по двум и более пучкам звеньев, последовательно проходя один или несколько звеньев сигнализации, исключая исходный пункт и пункт назначения. Пути передачи сигнальных сообщений и пользовательской информации не совпадают.

3. Квазисвязанный режим (Quasi-Associated Mode) - частный случай несвязанного режима, при котором путь сообщения в сети сигнализации заранее определен и в каждый данный момент зафиксирован (рис. 2.3.5).

Рис. 2.3.5 Квазисвязанный режим

ОКС № 7 предназначен для использования при связанном и квазисвязанном режимах. Несвязанный режим не применяется, потому что подсистема пользователя не имеет средств, позволяющих избежать нарушения последовательности поступления сообщений, которое возможно при полностью не связанном режиме с динамической маршрутизацией сообщений.

Предварительно определенные пути, по которым передаются сигнальные сообщения между исходящим пунктом и пунктом назначения, называются сигнальными маршрутами (Signalling Route). Маршрут состоит из исходящего пункта, одного или нескольких STP (которые могут отсутствовать) и пункта назначения. Совокупность всех сигнальных маршрутов, которые могут быть использованы для передачи сигнальных сообщений между исходящим пунктом и пунктом назначения, называются пучком сигнальных маршрутов (Signalling Route Set) для данной сигнальной взаимосвязи.

В процессе планирования и реализации сигнальная сеть ОКС № 7 оказалась наложенной сетью на телефонную сеть общего пользования (ТфОП) (рис. 2.3.6).

Как видно из рисунка, маршруты сигнализации могут не совпадать с маршрутами речевых трактов.

Мировая сигнальная сеть ОКС № 7 делится на два функционально независимых иерархических уровня (рис. 2.3.7):

* международный уровень (INAT);

* национальный уровень (NAT 0).

Рис. 2.3.6 Сети ОКС № 7 и ТфОП



Рис. 2.3.7 Построение международной сети ОКС № 7

Во многих странах национальная сеть ОКС № 7 также строится по иерархической двухуровневой структуре (рис. 2.3.8).

Рис. 2.3.8 Построение национальной сети ОКС № 7

Национальная сигнальная сеть может подразделяться на региональные сигнальные сети, которые в свою очередь могут разделяться на локальные сигнальные зоны (трехуровневая структура). Локальные сигнальные зоны содержат группы или кластеры SP. В различных сигнальных зонах сигнальные пункты могут иметь одинаковый код [4].

Обмен сигнальными сообщениями между сигнальными пунктами, не входящими в один регион, возможен только через особые транзитные сигнальные точки (gateway). Эти STP принадлежат обеим сетям и имеют уникальную нумерацию региональной сети.

Аналогичная ситуация возникает при обмене сигнальными сообщениями между национальными сетями.

Теоретически возможны сигнальные пункты, обеспечивающие транзит сигнальных сообщений между всеми четырьмя уровнями сигнализации.

3. Подсистема передачи сообщений

3.1 Функциональная структура

Функциональная архитектура протокола ОКС № 7 (рис. 3.1.1) состоит из четырех уровней, три из которых принадлежат подсистеме передачи сообщений (Message Transfer Part - МТР).

Рис. 3.1.1 Функциональная структура МТР

Подсистема передачи сообщений (МТР) обеспечивает передачу информации в неискаженной форме, без потерь, дублирования и ошибок, в установленной последовательности, от одного пункта сигнализации к другому. Информация передается в виде сообщений переменной длины, называемых сигнальными единицами (рис. 3.1.2). Основным назначением подсистемы передачи сообщений является следующее:

* обеспечение надежной передачи сигнальной информации, сформированной подсистемами пользователя (уровень 4), через сеть сигнализации ОКС № 7;

* выявление и устранение отказов системы и сети для обеспечения надежной передачи и доставки сигнальной информации.

Следует подчеркнуть, что подсистема МТР не анализирует значения передаваемой сигнальной информации, формируемой различными подсистемами пользователя. Благодаря такой независимости работы МТР от передаваемых сообщений обеспечивается универсальность протокола ОКС № 7 (различные подсистемы пользователя телефония, сотовая связь и др. - обслуживаются одной и той же «транспортной» платформой - МТР) и, кроме того, появляется возможность реконфигурации и гибкого управления сигнальным трафиком при отказах или перегрузках в сети сигнализации.

Рис. 3.1.2 Передача сигнальных сообщений

Уровень 1 (функции звена данных сигнализации) - определяет физические, электрические и функциональные характеристики звена данных сигнализации и средства доступа к ним. Фактически, уровень 1 представляет физический канал связи для звена сигнализации (рис. 3.1.3).

Рис. 3.1.3 Уровень 1 МТР

На сети ОКС № 7 ВСС РФ для организации звена данных сигнализации используются только цифровые каналы со скоростью передачи 64 кбит/с. Детальные требования к звену данных сигнализации приведены в рекомендации МСЭ Q.702.

Уровень 2 (функции звена сигнализации) - определяет функции и процедуры, относящиеся к передаче сигнальных сообщений по отдельному звену сигнализации. Уровни 1 и 2 образуют звено сигнализации, обеспечивающее надежную передачу сигнальной информации между двумя пунктами сигнализации (рис. 3.1.4).

Рис. 3.1.4 Уровень 2 МТР

Функции уровня 2 выполняются индивидуально для каждого звена данных сигнализации (рис. 3.1.5).

Рис. 3.1.5 Звенья сигнализации

Основными функциями звена сигнализации являются:

* деление сигнальных сообщений на сигнальные единицы;

* обнаружение ошибок в сигнальных единицах;

* исправление ошибок;

* обнаружение отказа звена сигнализации;

* восстановление звена сигнализации.

Подробное описание функций звена сигнализации приведены в рекомендации МСЭ Q.703

Уровень 3 (функции сети сигнализации) - определяет функции и процедуры, общие для различных типов звеньев сигнализации, и не зависимые от работы каждого из них. Эти функции ориентированы на выполнение следующих задач:

* обработка сигнальных сообщений;

* управление сетью сигнализации.

Функция обработки сигнальных сообщений служит для маршрутизации сигнального сообщения к соответствующему звену сигнализации (в исходящем пункте сигнализации) и для маршрутизации сигнального сообщения (в пункте назначения) к соответствующей подсистеме пользователя (рис. 3.1.6).

Рис. 3.1.6 Уровень 3 МТР. Обработка сигнальных сообщений

Следует сказать, что соединения в сети ОКС № 7 устанавливаются между подсистемами пользователя одного типа.

Функции управления сетью сигнализации разделяются на следующие группы:

* управление сигнальным трафиком, включающее реконфигурацию сигнального трафика в ответ на изменения в состоянии сети;

* управление звеньями сигнализации;

* управление маршрутами сигнализации, заключающееся в передаче информации о состоянии сети сигнализации.

Пример управления маршрутами в случае отказа одного из звеньев сигнализации показан на рис. 3.1.7.

В случае отказа звена сигнализации между пунктами А и В (маршрут 1) сигнальные сообщения, адресованные в пункт Я, будут перенаправляться на альтернативный маршрут 2 (звено сигнализации между пунктом А и транзитным пунктом D).

Детальные требования к функциям сети сигнализации приведены в рекомендации МСЭ Q.704.

Рис. 3.1.7 Уровень 3 МТР. Управление сетью сигнализации

Необходимо отметить, что выполнение функций передачи сообщений в некоторых случаях производится совместно с подсистемой МТР и подсистемой SCCP (управление соединением сигнализации). SCCP и МТР образуют сетевую подсистему обслуживания (Network Service Part - NSP), которую определяют как систему доставки сообщений.

3.2 Уровень 1 подсистемы передачи сообщений (МТР)

Уровень I подсистемы МТР (звено данных сигнализации) - это физическая среда для передачи информации (потока битов) между двумя пунктами сигнализации в сети (см. рис. 3.1.3).

Звено данных сигнализации представляет собой двусторонний тракт передачи данных для сигнализации, включающий два канала передачи данных, работающих совместно в противоположных направлениях с одинаковой скоростью. Таким образом, уровень 1 подсистемы МТР определяет физические, электрические и функциональные характеристики канала передачи данных для звена сигнализации.

Звено данных сигнализации может быть как цифровым, так и аналоговым (с использованием модемов), но на сети ОКС № 7 ВСС РФ применяются только цифровые звенья сигнализации. Для организации цифрового звена данных сигнализации используется канал передачи со скоростью 64 кбит/с (основной цифровой канал - ОЦК), выделенный в цифровом тракте 2 048 кбит/с.

Звено данных сигнализации может быть образовано как в наземных, так и спутниковых средствах передачи.

В связи с тем что функции, определяющие интерфейс со средой передачи, выделены в отдельный уровень (уровень 1), функции более высоких уровней (2-4) не зависят от используемой среды передачи.

3.3 Уровень 2 подсистемы передачи сообщений (МТР)

Уровень 2 подсистемы МТР определяет функции и процедуры, относящиеся к передаче сигнальных сообщений по звену сигнализации между двумя напрямую связанными пунктами сигнализации. Функции уровня 2 определяют структуру передаваемой информации по каждому звену, а также процедуры обнаружения и исправления ошибок. Сочетание функций уровней 1 и 2 образует звено сигнализации для передачи сигнальных сообщений (рис. 3.3.1).



Рис. 3.3.1 Функциональное назначение уровня 2 МТР

Основными функциями звена сигнализации являются:

* деление передаваемой информации на сигнальные единицы с помощью флагов (на передающей стороне);

* обнаружение ошибок в принимаемых сигнальных единицах (на приемной стороне);

* исправление ошибок посредством повторной передачи и контроля порядка следования сигнальных единиц;

* обнаружение отказа звена сигнализации с помощью контроля интенсивности ошибок и восстановление работоспособности звена сигнализации с помощью специальных процедур.

Прежде чем приступить к обзору функций и процедур, выполняемых уровнем 2, рассмотрим, каким образом сигнальная информация передается между пунктами сигнализации в сети ОКС № 7.

3.3.1 Сигнальные единицы

Сигнальная информация передается между пунктами сигнализации в виде сообщений переменной длины, называемых сигнальными единицами (см. рис. 3.1.2).

Существует три типа сигнальных единиц (Signal Unit - SU):

* значащая сигнальная единица (Message Signal Unit - MSU), которая используется для передачи сигнальной информации, формируемой подсистемами пользователей или SCCP;

* сигнальная единица состояния звена (Link Status Signal Unit -LSSU)., которая используется для контроля состояния звена сигнализации;

* заполняющая сигнальная единица (Fill-In Signal Unit - FISU), которая используется для фазирования звена при отсутствии сигнального трафика.

...